算法巡练day03Leetcode203移除链表元素707设计链表206反转链表

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链表理论基础

见我的博客 https://blog.csdn.net/qq_36372352/article/details/135322498

203 移除链表元素

题目描述

给你一个链表的头节点 head 和一个整数 val ，请你删除链表中所有满足 Node.val == val 的节点，并返回新的头节点。

示例 1：

输入：head = [1,2,6,3,4,5,6], val = 6
输出：[1,2,3,4,5]
示例 2：

输入：head = [], val = 1
输出：[]
示例 3：

输入：head = [7,7,7,7], val = 7
输出：[]

提示：

列表中的节点数目在范围 [0, 104] 内
1 <= Node.val <= 50
0 <= val <= 50

两种方法

直接使用原来的链表来进行删除操作。

设置一个虚拟头结点在进行删除操作。

初学为了不把自己弄晕，只研究虚拟头节点的方法。

在这里插入图片描述

return 头结点的时候，别忘了 return dummyNode->next;，这才是新的头结点

我遇到的困难

删除节点的循环中缺少了对 cur 指针的更新，这将导致无限循环。不删除节点时，应该更新 cur 到下一个节点。

完整代码，这里演示我的acm模式

#include <iostream>

struct ListNode {
    int val;
    ListNode *next;
    ListNode(int x):val(x), next(nullptr) {}
    ListNode(int x, ListNode* next):val(x), next(next) {}
};

class Solution {
public:
    ListNode* removeElement(ListNode* head, int val) {
        ListNode* dummyNode = new ListNode(0);
        dummyNode->next = head;
        ListNode* cur = dummyNode;
        while (cur->next != nullptr) {
            if (cur->next->val == val) {
                ListNode* tmp = cur->next;
                cur->next = cur->next->next;
                delete tmp;
            }
            else {
                cur = cur->next;
            }
        }
        head = dummyNode->next;
        delete dummyNode;
        return head;
    }
};

int main() {
    // 创建链表：1 -> 2 -> 6 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6
    ListNode* head = new ListNode(1, new ListNode(2, new ListNode(6, 
                        new ListNode(3, new ListNode(4, new ListNode(5, 
                        new ListNode(6)))))));

    Solution solution;
    head = solution.removeElement(head, 6); // 移除所有值为 6 的节点

    // 打印更新后的链表
    ListNode* current = head;
    while (current != nullptr) {
        std::cout << current->val << " ";
        current = current->next;
    }
    std::cout << std::endl;

    // 释放链表占用的内存
    while (head != nullptr) {
        ListNode* temp = head;
        head = head->next;
        delete temp;
    }

    return 0;
}

代码分析

if (cur->next->val == val) {
                ListNode* tmp = cur->next;
                cur->next = cur->next->next;
                delete tmp;
            }

中tmp的意义

在这段代码中，定义 tmp 变量是为了正确地删除链表中的节点，同时保证链表的完整性和避免内存泄漏。让我们详细分析一下：

维护链表完整性:
- cur->next 是当前要删除的节点。
- 当你直接从链表中删除一个节点时（例如，通过 cur->next = cur->next->next;），你会丢失对当前节点的引用。如果没有 tmp 变量保存这个引用，你将无法访问并正确删除这个节点。
安全删除节点:
- delete tmp; 是用来释放 tmp 所指向的节点（即原来的 cur->next）占用的内存。
- 如果不使用 tmp 变量，而直接调用 delete cur->next;，就会在调用 cur->next = cur->next->next; 后尝试访问一个已经被删除的节点。这将导致未定义行为，可能是访问非法内存或程序崩溃。
保持链表的连接:
- 在删除节点后，我们需要保证链表的其他部分仍然连接。这通过 cur->next = cur->next->next; 实现，它将当前节点的 next 指针指向要删除节点的下一个节点。
- tmp 在这里充当一个临时桥梁，确保在删除节点和重新连接链表的过程中不会丢失任何节点。

综上所述，tmp 变量在删除链表节点的过程中发挥着重要的作用，既确保了链表结构的完整性，又避免了潜在的内存泄漏问题。

设计链表

题目描述

你可以选择使用单链表或者双链表，设计并实现自己的链表。

单链表中的节点应该具备两个属性：val 和 next 。val 是当前节点的值，next 是指向下一个节点的指针/引用。

如果是双向链表，则还需要属性 prev 以指示链表中的上一个节点。假设链表中的所有节点下标从 0 开始。

实现 MyLinkedList 类：

MyLinkedList() 初始化 MyLinkedList 对象。

int get(int index) 获取链表中下标为 index 的节点的值。如果下标无效，则返回 -1 。

void addAtHead(int val) 将一个值为 val 的节点插入到链表中第一个元素之前。在插入完成后，新节点会成为链表的第一个节点。

void addAtTail(int val) 将一个值为 val 的节点追加到链表中作为链表的最后一个元素。

void addAtIndex(int index, int val) 将一个值为 val 的节点插入到链表中下标为 index 的节点之前。如果 index 等于链表的长度，那么该节点会被追加到链表的末尾。如果 index 比长度更大，该节点将不会插入到链表中。

void deleteAtIndex(int index) 如果下标有效，则删除链表中下标为 index 的节点。

示例：

输入

[“MyLinkedList”, “addAtHead”, “addAtTail”, “addAtIndex”, “get”, “deleteAtIndex”, “get”]

[[], [1], [3], [1, 2], [1], [1], [1]]

输出

[null, null, null, null, 2, null, 3]

解释

MyLinkedList myLinkedList = new MyLinkedList();
myLinkedList.addAtHead(1);
myLinkedList.addAtTail(3);
myLinkedList.addAtIndex(1, 2);    // 链表变为 1->2->3
myLinkedList.get(1);              // 返回 2
myLinkedList.deleteAtIndex(1);    // 现在，链表变为 1->3
myLinkedList.get(1);              // 返回 3

提示：

0 <= index, val <= 1000
请不要使用内置的 LinkedList 库。
调用 get、addAtHead、addAtTail、addAtIndex 和 deleteAtIndex 的次数不超过 2000 。

我遇到的问题

添加在头节点前新增节点时不需要定义cur

在遍历节点过程中进行了_size++

//delete命令指示释放了tmp指针原本所指的那部分内存，
//被delete后的指针tmp的值（地址）并非就是NULL，而是随机值。也就是被delete后，
//如果不再加上一句tmp=nullptr,tmp会成为乱指的野指针
//如果之后的程序不小心使用了tmp，会指向难以预想的内存空间

   void deleteAtIndex(int index) {
        if (index < 0 || index > (_size - 1)) {
            return;
        }
        else {
            ListNode* cur = _dummyHead;
            while (index --) {
                cur = cur->next;
            }
            ListNode* tmp = cur->next;
            cur->next = cur->next->next;
            
            delete tmp;
            tmp=nullptr;
            _size--;
        }
    }

我的完整代码acm模式

# include <iostream>

class MyLinkList {
public:
    //定义链表
    struct ListNode {
        int val;
        ListNode *next = nullptr;
        ListNode(int x):val(x), next(nullptr) {}
    };

    MyLinkList() {
        _dummyHead = new ListNode(0);
        _size = 0;
        
    }

    int get(int index) {
        ListNode* cur = _dummyHead->next; 
        if (index < 0 || index > (_size - 1)) {
            return -1;
        }
       
        while (index--) {
            cur = cur->next;
        }
        return cur->val;

       
    }

    void addAtHead (int val) {
        // ListNode* cur = _dummyHead->next; 不需要cur指针
        ListNode* newNode = new ListNode(val);
        newNode->next = _dummyHead->next;
        _dummyHead->next = newNode;
        _size ++;
    }

    void addAtTail(int val) {
        ListNode* cur = _dummyHead;
        ListNode* newNode = new ListNode(val);
        while (cur->next != nullptr) {
            cur = cur->next;
        }
        cur->next = newNode;
        _size ++;
    }

    void addAtIndex(int index, int val) {
        if (index < 0 || index > _size) {
            return;
        }
        else {
            ListNode* cur = _dummyHead;
            while (index--) {  
                cur = cur->next;
            }
            ListNode* newNode = new ListNode(val);
            newNode->next = cur->next;
            cur->next = newNode;
            _size ++;
            
        }
    }

    void deleteAtIndex(int index) {
        if (index < 0 || index > (_size - 1)) {
            return;
        }
        else {
            ListNode* cur = _dummyHead;
            while (index --) {
                cur = cur->next;
            }
            ListNode* tmp = cur->next;
            cur->next = cur->next->next;
            
            delete tmp;
            tmp=nullptr;
            _size--;
        }
    }

    void printListNode() {
        ListNode* cur = _dummyHead;
        while (cur->next != nullptr) {
            std::cout << cur->next->val << " ";
            cur  = cur->next;
        }
        std::cout << std::endl;
    }

private:
    int _size;
    ListNode* _dummyHead;

};


int main() {
    MyLinkList myList;

    // Add elements to the list
    myList.addAtHead(1);
    myList.addAtTail(2);
    myList.addAtTail(3);
    myList.addAtIndex(1, 4);  // Add 4 at index 1

    // Print the current list
    std::cout << "Current List: ";
    myList.printListNode();

    // Get and print an element
    std::cout << "Element at index 2: " << myList.get(2) << std::endl;

    // Delete an element
    myList.deleteAtIndex(1);

    // Print the list after deletion
    std::cout << "List after deletion: ";
    myList.printListNode();

    return 0;
}

206反转链表

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。

输入：head = [1,2,3,4,5]

输出：[5,4,3,2,1]

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？

题目分析

反转链表遍历需要比一般的遍历多走一个节点，到Null，故终止条件为while(cur != nullptr),而不是while(cur->next != nullptr)

如果再定义一个新的链表，实现链表元素的反转，其实这是对内存空间的浪费。

其实只需要改变链表的next指针的指向，直接将链表反转，而不用重新定义一个新的链表，如图所示:
在这里插入图片描述

首先定义一个cur指针，指向头结点，再定义一个pre指针，初始化为null。

然后就要开始反转了，首先要把 cur->next 节点用tmp指针保存一下，也就是保存一下这个节点。

为什么要保存一下这个节点呢，因为接下来要改变 cur->next 的指向了，将cur->next 指向pre ，此时已经反转了第一个节点了。

接下来，就是循环走如下代码逻辑了，继续移动pre和cur指针。

最后，cur 指针已经指向了null，循环结束，链表也反转完毕了。此时我们return pre指针就可以了，pre指针就指向了新的头结点。

我遇到的困难

多定义了一个虚拟头节点，导致反转后最后多输出了一个0

 // ListNode* dummyHead = new ListNode(0);
        // dummyHead->next = head;

我的acm模式完整代码

#include <iostream>
#include <vector>

struct ListNode {
    int val;
    ListNode* next = nullptr;
    ListNode(int x):val(x), next(nullptr) {}
    ListNode(int x, ListNode *next):val(x), next(next) {}
};

class Solution {
public:
    ListNode* reverseList(ListNode* head) {
        ListNode *tmp;
        // ListNode* dummyHead = new ListNode(0);
        // dummyHead->next = head;
        ListNode* cur = head;
        ListNode* pre = nullptr;
        while (cur != nullptr) {
            tmp = cur->next;
            cur->next = pre; //翻转操作
            //更新pre和cur指针
            pre = cur;
            cur = tmp;
        }
        return pre;

    }

// 辅助函数，用于创建一个链表
ListNode* createList(const std::vector<int>& values) {
    ListNode* dummyHead = new ListNode(0);
    ListNode* cur = dummyHead;
    for (int value : values) {
        cur->next = new ListNode(value);
        cur = cur->next;
    }
    ListNode* head = dummyHead->next;
    delete dummyHead;
    return head;
}

// 辅助函数，用于打印链表
void printList(ListNode* head) {
    ListNode* cur = head;
    while (cur != nullptr) {
        std::cout << cur->val << " ";
        cur = cur->next;
    }
    std::cout << std::endl;
}
};

int main() {
    Solution sol;
    // 创建链表
    std::vector<int> values = {1, 2, 3, 4, 5};
    ListNode* head = sol.createList(values);

    // 打印原始链表
    std::cout << "Original List: ";
    sol.printList(head);

    // 反转链表
   
    ListNode* reversedHead = sol.reverseList(head);

    // 打印反转后的链表
    std::cout << "Reversed List: ";
    sol.printList(reversedHead);

    return 0;
}

        cur = cur->next;
    }
    std::cout << std::endl;
}
};

int main() {
    Solution sol;
    // 创建链表
    std::vector<int> values = {1, 2, 3, 4, 5};
    ListNode* head = sol.createList(values);

    // 打印原始链表
    std::cout << "Original List: ";
    sol.printList(head);

    // 反转链表
   
    ListNode* reversedHead = sol.reverseList(head);

    // 打印反转后的链表
    std::cout << "Reversed List: ";
    sol.printList(reversedHead);

    return 0;
}