【力扣】141. 环形链表、160. 相交链表、206.反转链表、234. 回文链表

简介: 【力扣】141. 环形链表、160. 相交链表、206.反转链表、234. 回文链表

141. 环形链表

题目描述

给你一个链表的头节点 head ,判断链表中是否有环。


如果链表中有某个节点,可以通过连续跟踪 next 指针再次到达,则链表中存在环。 为了表示给定链表中的环,评测系统内部使用整数 pos 来表示链表尾连接到链表中的位置(索引从 0 开始)。注意:pos 不作为参数进行传递 。仅仅是为了标识链表的实际情况。


如果链表中存在环 ,则返回 true 。 否则,返回 false 。


示例 1:

输入:head = [3,2,0,-4], pos = 1

输出:true

解释:链表中有一个环,其尾部连接到第二个节点。


示例 2:

输入:head = [1,2], pos = 0

输出:true

解释:链表中有一个环,其尾部连接到第一个节点。


示例 3:

输入:head = [1], pos = -1

输出:false

解释:链表中没有环。

提示:

  • 链表中节点的数目范围是 [0, 104]
  • -105 <= Node.val <= 105
  • pos-1 或者链表中的一个 有效索引

进阶:你能用 O(1)(即,常量)内存解决此问题吗?


解题方案

  • C 快慢指针
/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     struct ListNode *next;
 * };
 */
bool hasCycle(struct ListNode *head)
{
    if (head == NULL || head->next == NULL) 
    {
        return false;
    }
 
    struct ListNode *slow = head, *fast = head; // 定义慢、快两个指针

    do {
        if(fast == NULL || fast->next == NULL) // 链表无环退出返回 false
        {
            return false;
        }
        slow = slow->next;          // 慢指针一次移动一个节点
        fast = fast->next->next;    // 快指针一次移动两个节点
    } while(slow != fast);          // 节点相等退出循环

    return true;
}

复杂度分析

时间复杂度:O(N),其中 N 是链表中的节点数。

空间复杂度:O(1)。


160. 相交链表

题目描述

给你两个单链表的头节点 headAheadB ,请你找出并返回两个单链表相交的起始节点。如果两个链表不存在相交节点,返回 null

图示两个链表在节点 c1 开始相交:


题目数据 保证 整个链式结构中不存在环。


注意,函数返回结果后,链表必须 保持其原始结构 。


自定义评测:


评测系统 的输入如下(你设计的程序 不适用 此输入):


intersectVal - 相交的起始节点的值。如果不存在相交节点,这一值为 0

listA - 第一个链表

listB - 第二个链表

skipA - 在 listA 中(从头节点开始)跳到交叉节点的节点数

skipB - 在 listB 中(从头节点开始)跳到交叉节点的节点数

评测系统将根据这些输入创建链式数据结构,并将两个头节点 headA 和 headB 传递给你的程序。如果程序能够正确返回相交节点,那么你的解决方案将被 视作正确答案  

示例 1:

输入:intersectVal = 8, listA = [4,1,8,4,5], listB = [5,6,1,8,4,5], skipA = 2, skipB = 3

输出:Intersected at ‘8’

解释:相交节点的值为 8 (注意,如果两个链表相交则不能为 0)。

从各自的表头开始算起,链表 A 为 [4,1,8,4,5],链表 B 为 [5,6,1,8,4,5]。

在 A 中,相交节点前有 2 个节点;在 B 中,相交节点前有 3 个节点。

— 请注意相交节点的值不为 1,因为在链表 A 和链表 B 之中值为 1 的节点 (A 中第二个节点和 B 中第三个节点) 是不同的节点。换句话说,它们在内存中指向两个不同的位置,而链表 A 和链表 B 中值为 8 的节点 (A 中第三个节点,B 中第四个节点) 在内存中指向相同的位置。


示例 2:



输入:intersectVal = 2, listA = [1,9,1,2,4], listB = [3,2,4], skipA = 3, skipB = 1

输出:Intersected at ‘2’

解释:相交节点的值为 2 (注意,如果两个链表相交则不能为 0)。

从各自的表头开始算起,链表 A 为 [1,9,1,2,4],链表 B 为 [3,2,4]。

在 A 中,相交节点前有 3 个节点;在 B 中,相交节点前有 1 个节点。

示例 3:



输入:intersectVal = 0, listA = [2,6,4], listB = [1,5], skipA = 3, skipB = 2

输出:null

解释:从各自的表头开始算起,链表 A 为 [2,6,4],链表 B 为 [1,5]。

由于这两个链表不相交,所以 intersectVal 必须为 0,而 skipA 和 skipB 可以是任意值。

这两个链表不相交,因此返回 null 。


提示:

  • listA 中节点数目为 m
  • listB 中节点数目为 n
  • 1 <= m, n <= 3 * 104
  • 1 <= Node.val <= 105
  • 0 <= skipA <= m
  • 0 <= skipB <= n
  • 如果 listAlistB 没有交点,intersectVal0
  • 如果 listAlistB 有交点,intersectVal == listA[skipA] == listB[skipB]

进阶:你能否设计一个时间复杂度 O(m + n) 、仅用 O(1) 内存的解决方案?

解题方案

  • C
/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     struct ListNode *next;
 * };
 */
struct ListNode *getIntersectionNode(struct ListNode *headA, struct ListNode *headB) {
    int lenA = 0, lenB = 0;     // 用于获取两个链表长度
    struct ListNode *pA = headA, *pB = headB;
    int i = 0;

    while(pA != NULL)   // 获取链表 A 长度
    {
        lenA++;
        pA = pA->next;
    }

    while(pB != NULL)   // 获取链表 B 长度
    {
        lenB++;
        pB = pB->next;
    }

    pA = headA;
    pB = headB;

    // 对齐链表
    if(lenA > lenB)
    {
        for(i = 0; i < lenA - lenB; i++)
        {
            pA = pA->next;
        }
    }
    else
    {
        for(i = 0; i < lenB - lenA; i++)
        {
            pB = pB->next;
        }
    }

    // 查找相交节点
    while(pA != NULL)
    {
        if(pA != pB)
        {
            pA = pA->next;
            pB = pB->next;
        }
        else
        {
            return pA;
        }
    }
    return NULL;
}

206.反转链表

题目描述

给你单链表的头节点 head ,请你反转链表,并返回反转后的链表。

示例 1:


输入:head = [1,2,3,4,5]

输出:[5,4,3,2,1]

示例 2:


输入:head = [1,2]

输出:[2,1]

示例 3:

输入:head = []

输出:[]

提示:

  • 链表中节点的数目范围是 [0, 5000]
  • -5000 <= Node.val <= 5000

进阶:链表可以选用迭代或递归方式完成反转。你能否用两种方法解决这道题?

解题方法

  • C语言
  1. 迭代法
/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     struct ListNode *next;
 * };
 */
struct ListNode* reverseList(struct ListNode* head) {
    struct ListNode *newhead = NULL;
    struct ListNode *p = head;

    while(p != NULL)
    {
        struct ListNode *q = p->next; // 存储原链表第二个节点
        p->next = newhead;  // 将原链表头节点添加到新链表,成为新链表头节点
        newhead = p;        // 更新新链表头节点
        p = q;              // 更新原链表头节点
    }
    return newhead;
}

复杂度分析

  • 时间复杂度:O(n),其中 n 是链表的长度。需要遍历链表一次。
  • 空间复杂度:O(1)。
  1. 递归法
/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     struct ListNode *next;
 * };
 */
struct ListNode* reverseList(struct ListNode* head) {
    if (head == NULL || head->next == NULL) {
        return head;
    }
    struct ListNode* newHead = reverseList(head->next);
    head->next->next = head;
    head->next = NULL;
    return newHead;
}

复杂度分析

  • 时间复杂度:O(n),其中 n 是链表的长度。需要对链表的每个节点进行反转操作。
  • 空间复杂度:O(n),其中 n 是链表的长度。空间复杂度主要取决于递归调用的栈空间,最多为 n 层。

234. 回文链表

题目描述

给你一个单链表的头节点 head ,请你判断该链表是否为回文链表。如果是,返回 true ;否则,返回 false


示例 1:


输入:head = [1,2,2,1]

输出:true


示例 2:


输入:head = [1,2]

输出:false


提示:


链表中节点数目在范围[1, 105] 内

0 <= Node.val <= 9

进阶:你能否用 O(n) 时间复杂度和 O(1) 空间复杂度解决此题?


解题方案

  • C 双指针
/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     struct ListNode *next;
 * };
 */
bool isPalindrome(struct ListNode* head) {
    int num[100000] = {0};      // 用来存放数据
    int n = 0;                  // 计算列表长度

    while(head != NULL)         // 遍历链表
    {
        num[n++] = head->val;   // 将数据更新到数组中
        head = head->next;
    }

    for(int i = 0, j = n - 1; i < j; i++, j--)
    {
        if(num[i] != num[j])    // 不满足回文
        {
            return false;
        }
    } 
    return true;
}


复杂度分析

时间复杂度:O(n),其中 n 指的是链表的元素个数

空间复杂度:O(n),其中 n 指的是链表的元素个数


  • C++ 栈
/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode *next;
 *     ListNode() : val(0), next(nullptr) {}
 *     ListNode(int x) : val(x), next(nullptr) {}
 *     ListNode(int x, ListNode *next) : val(x), next(next) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    bool isPalindrome(ListNode* head) {

        ListNode *p = head;
        stack<int> val_stack;       // 创建一个栈

        while(p != NULL)
        {
            val_stack.push(p->val); // 将链表数据依次入栈
            p = p->next;
        }

        p = head;                   // 从头遍历链表
        while(p != NULL)
        {
            if(p->val != val_stack.top()) // 对比链表数据和栈顶元素
            {
                return false;
            }
            val_stack.pop();        // 移除栈顶元素
            p = p->next;
        }
        return true;
    }
};


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