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增加链表相关算法题

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392
数据结构与算法/Leetcode-LinkList1.md Normal file
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@ -0,0 +1,392 @@
# 1. 两数相加
### 题目描述
> Leetcode:给定两个非空链表来表示两个非负整数。位数按照逆序方式存储，它们的每个节点只存储单个数字。将两数相加返回一个新的链表。
>
>你可以假设除了数字 0 之外，这两个数字都不会以零开头。
示例：
```
输入：(2 -> 4 -> 3) + (5 -> 6 -> 4)
输出：7 -> 0 -> 8
原因：342 + 465 = 807
```
### 问题分析
Leetcode官方详细解答地址：
https://leetcode-cn.com/problems/add-two-numbers/solution/
> 要对头结点进行操作时，考虑创建哑节点dummy，使用dummy->next表示真正的头节点。这样可以避免处理头节点为空的边界问题。
我们使用变量来跟踪进位，并从包含最低有效位的表头开始模拟逐
位相加的过程。
![图1，对两数相加方法的可视化: 342 + 465 = 807342+465=807， 每个结点都包含一个数字，并且数字按位逆序存储。](http://my-blog-to-use.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/18-9-20/34910956.jpg)
### Solution
**我们首先从最低有效位也就是列表 l1和 l2 的表头开始相加。注意需要考虑到进位的情况！**
```java
/**
* Definition for singly-linked list.
* public class ListNode {
* int val;
* ListNode next;
* ListNode(int x) { val = x; }
* }
*/
//https://leetcode-cn.com/problems/add-two-numbers/description/
class Solution {
public ListNode addTwoNumbers(ListNode l1, ListNode l2) {
ListNode dummyHead = new ListNode(0);
ListNode p = l1, q = l2, curr = dummyHead;
//carry 表示进位数
int carry = 0;
while (p != null || q != null) {
int x = (p != null) ? p.val : 0;
int y = (q != null) ? q.val : 0;
int sum = carry + x + y;
//进位数
carry = sum / 10;
//新节点的数值为sum % 10
curr.next = new ListNode(sum % 10);
curr = curr.next;
if (p != null) p = p.next;
if (q != null) q = q.next;
}
if (carry > 0) {
curr.next = new ListNode(carry);
}
return dummyHead.next;
}
}
```
# 2. 翻转链表
### 题目描述
> 剑指 offer:输入一个链表，反转链表后，输出链表的所有元素。
![翻转链表](http://my-blog-to-use.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/18-9-20/81431871.jpg)
### 问题分析
这道算法题，说直白点就是：如何让后一个节点指向前一个节点！在下面的代码中定义了一个 next 节点，该节点主要是保存要反转到头的那个节点，防止链表 “断裂”。
### Solution
```java
public class ListNode {
int val;
ListNode next = null;
ListNode(int val) {
this.val = val;
}
}
```
```java
/**
*
* @author Snailclimb
* @date 2018年9月19日
* @Description: TODO
*/
public class Solution {
public ListNode ReverseList(ListNode head) {
ListNode next = null;
ListNode pre = null;
while (head != null) {
// 保存要反转到头的那个节点
next = head.next;
// 要反转的那个节点指向已经反转的上一个节点(备注:第一次反转的时候会指向null)
head.next = pre;
// 上一个已经反转到头部的节点
pre = head;
// 一直向链表尾走
head = next;
}
return pre;
}
}
```
测试方法：
```java
public static void main(String[] args) {
ListNode a = new ListNode(1);
ListNode b = new ListNode(2);
ListNode c = new ListNode(3);
ListNode d = new ListNode(4);
ListNode e = new ListNode(5);
a.next = b;
b.next = c;
c.next = d;
d.next = e;
new Solution().ReverseList(a);
while (e != null) {
System.out.println(e.val);
e = e.next;
}
}
```
输出：
```
5
4
3
2
1
```
# 3. 链表中倒数第k个节点
### 题目描述
> 剑指offer: 输入一个链表，输出该链表中倒数第k个结点。
### 问题分析
首先两个节点/指针，一个节点 node1 先开始跑，指针 node1 跑到 k-1 个节点后，另一个节点 node2 开始跑，当 node1 跑到最后时，node2 所指的节点就是倒数第k个节点。
### Solution
```java
/*
public class ListNode {
int val;
ListNode next = null;
ListNode(int val) {
this.val = val;
}
}*/
//时间复杂度O(n),一次遍历即可
//https://www.nowcoder.com/practice/529d3ae5a407492994ad2a246518148a?tpId=13&tqId=11167&tPage=1&rp=1&ru=/ta/coding-interviews&qru=/ta/coding-interviews/question-ranking
public class Solution {
public ListNode FindKthToTail(ListNode head,int k) {
//如果链表为空或者k小于等于0
if(head==null||k<=0){
return null;
}
// 声明两个指向头结点的节点
ListNode node1 = head, node2 = head;
//记录节点的个数
int count=0;
//记录k值，后面要使用
int index=k;
//p指针先跑，并且记录节点数，当node1节点跑了k-1个节点后，node2节点开始跑，
//当node1节点跑到最后时，node2节点所指的节点就是倒数第k个节点
while(node1!=null){
node1=node1.next;
count++;
if(k<1){
node2=node2.next;
}
k--;
}
//如果节点个数小于所求的倒数第k个节点，则返回空
if(count<index) return null;
return node2;
}
}
```
# 4. 删除链表的倒数第N个节点
> Leetcode:给定一个链表，删除链表的倒数第 n 个节点，并且返回链表的头结点。
**示例：**
```
给定一个链表: 1->2->3->4->5, 和 n = 2.
当删除了倒数第二个节点后，链表变为 1->2->3->5.
```
**说明：**
给定的 n 保证是有效的。
**进阶：**
你能尝试使用一趟扫描实现吗？
该题在 leetcode 上有详细解答，具体可参考 Leetcode.
### 问题分析
我们注意到这个问题可以容易地简化成另一个问题：删除从列表开头数起的第 (L - n + 1)个结点，其中 LL 是列表的长度。只要我们找到列表的长度 L，这个问题就很容易解决。
![图 1. 删除列表中的第 L - n + 1 个元素](http://my-blog-to-use.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/18-9-20/94354387.jpg)
### Solution
**两次遍历法**
首先我们将添加一个 **哑结点** 作为辅助，该结点位于列表头部。哑结点用来简化某些极端情况，例如列表中只含有一个结点，或需要删除列表的头部。在第一次遍历中，我们找出列表的长度 L。然后设置一个指向哑结点的指针，并移动它遍历列表，直至它到达第 (L - n) 个结点那里。我们把第 (L - n)个结点的 next 指针重新链接至第 (L - n + 2)个结点，完成这个算法。
```java
/**
* Definition for singly-linked list.
* public class ListNode {
* int val;
* ListNode next;
* ListNode(int x) { val = x; }
* }
*/
// https://leetcode-cn.com/problems/remove-nth-node-from-end-of-list/description/
public class Solution {
public ListNode removeNthFromEnd(ListNode head, int n) {
// 哑结点，哑结点用来简化某些极端情况，例如列表中只含有一个结点，或需要删除列表的头部
ListNode dummy = new ListNode(0);
// 哑结点指向头结点
dummy.next = head;
// 保存链表长度
int length = 0;
ListNode len = head;
while (len != null) {
length++;
len = len.next;
}
length = length - n;
ListNode target = dummy;
// 找到 L-n 位置的节点
while (length > 0) {
target = target.next;
length--;
}
// 把第 (L - n)个结点的 next 指针重新链接至第 (L - n + 2)个结点
target.next = target.next.next;
return dummy.next;
}
}
```
复杂度分析：
- 时间复杂度 O(L) ：该算法对列表进行了两次遍历，首先计算了列表的长度 LL 其次找到第 (L - n)(L−n) 个结点。 操作执行了 2L-n2L−n 步，时间复杂度为 O(L)O(L)。
- 空间复杂度 O(1) ：我们只用了常量级的额外空间。
**进阶——一次遍历法：**
其实这种方法就和我们上面第四题找“链表中倒数第k个节点”所用的思想是一样的。**基本思路就是：** 定义两个节点 node1、node2;node1 节点先跑，node1节点 跑到第 n+1 个节点的时候,node2 节点开始跑.当node1 节点跑到最后一个节点时，node2 节点所在的位置就是第 （L-n ） 个节点（L代表总链表长度，也就是倒数第 n+1 个节点）
```java
/**
* Definition for singly-linked list.
* public class ListNode {
* int val;
* ListNode next;
* ListNode(int x) { val = x; }
* }
*/
public class Solution {
public ListNode removeNthFromEnd(ListNode head, int n) {
ListNode dummy = new ListNode(0);
dummy.next = head;
// 声明两个指向头结点的节点
ListNode node1 = dummy, node2 = dummy;
// node1 节点先跑，node1节点 跑到第 n+1 个节点的时候,node2 节点开始跑
//当node1 节点跑到最后一个节点时，node2 节点所在的位置就是第 （L-n ） 个节点（L代表总链表长度，也就是倒数第 n+1 个节点）
while (node1 != null) {
node1 = node1.next;
if (n < 0) {
node2 = node2.next;
}
n--;
}
node2.next = node2.next.next;
return dummy.next;
}
}
```
# 5. 合并两个排序的链表
### 题目描述
> 剑指offer:输入两个单调递增的链表，输出两个链表合成后的链表，当然我们需要合成后的链表满足单调不减规则。
### 问题分析
我们可以这样分析:
1. 假设我们有两个链表 A,B；
2. A的头节点A1的值与B的头结点B1的值比较，假设A1小，则A1为头节点；
3. A2再和B1比较，假设B1小,则，A1指向B1；
4. A2再和B2比较
就这样循环往复就行了，应该还算好理解。
考虑通过递归的方式实现！
### Solution
**递归版本：**
```java
/*
public class ListNode {
int val;
ListNode next = null;
ListNode(int val) {
this.val = val;
}
}*/
//https://www.nowcoder.com/practice/d8b6b4358f774294a89de2a6ac4d9337?tpId=13&tqId=11169&tPage=1&rp=1&ru=/ta/coding-interviews&qru=/ta/coding-interviews/question-ranking
public class Solution {
public ListNode Merge(ListNode list1,ListNode list2) {
if(list1 == null){
return list2;
}
if(list2 == null){
return list1;
}
if(list1.val <= list2.val){
list1.next = Merge(list1.next, list2);
return list1;
}else{
list2.next = Merge(list1, list2.next);
return list2;
}
}
}
```