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【算法笔记】6.LeetCode-Hot100-链表专项

news 2025/7/18 22:12:32

本文开始，不再记录原题，只记录解题思路和 AC 代码，加快进度。

1. 相交链表(t160)

思路分析：一上来没看懂这题要做什么，看了题解才知道这题是要找到两个链表相交的首个公共节点，一个巧妙的解法就是用双指针，一个指针遍历完之后，指向另一条链表的头节点，这样相当于做了一个长度对齐。

图源：https://leetcode.cn/problems/intersection-of-two-linked-lists/?envType=study-plan-v2&envId=top-100-liked

/*** Definition for singly-linked list.* struct ListNode {*     int val;*     ListNode *next;*     ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}* };*/
class Solution {
public:ListNode *getIntersectionNode(ListNode *headA, ListNode *headB) {if (headA == nullptr || headB == nullptr) {return nullptr;}ListNode *pA = headA, *pB = headB;while (pA != pB) {pA = pA == nullptr ? headB : pA->next;pB = pB == nullptr ? headA : pB->next;}return pA;}
};

2. 反转链表(t206)

思路分析：题目比较简单，但需要注意用额外的 next 指针去存储原本的下一个节点，因为 head-> next之后，原有的链接关系会丢失。

/*** 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:ListNode* reverseList(ListNode* head) {ListNode *prev = nullptr;ListNode *next;while (head){   next = head->next;head->next = prev;prev = head;head = next;}return prev;}
};

3. 回文链表(t234)

思路分析：回文链表是指向前和向后读都相同的链表，刚做完上题的反转链表，一个朴素的思想就是把链表先翻转一下，然后两个链表遍历对比，于是写了以下代码：

class Solution {
public:bool isPalindrome(ListNode* head) {ListNode *curr = head;ListNode *prev = nullptr;ListNode *next;while (curr){next = curr->next;curr->next = prev;prev = curr;curr = next;            }while (head){if (prev->val != head -> val) return false;prev = prev -> next;head = head -> next;}return true;}
};

上面这个代码无法通过，因为犯了一个错误，*curr = head 并没有复制链表，而是使 curr 和 head 指向了同一个链表（地址相同）。因此，要复制链表，需要单独 new 一个 ListNode，再遍历复制。

ListNode* cloneList(ListNode* head) {if (!head) return nullptr;ListNode* newHead = new ListNode(head->val);ListNode* tail = newHead;head = head->next;while (head) {tail->next = new ListNode(head->val);tail = tail->next;head = head->next;}return newHead;
}class Solution {
public:bool isPalindrome(ListNode* head) {ListNode* copy = cloneList(head); // 原地反转 copyListNode *curr = copy;ListNode *prev = nullptr;ListNode *next;while (curr){next = curr->next;curr->next = prev;prev = curr;curr = next;            }// 和 head 比较while (head){if (prev->val != head->val) return false;prev = prev->next;head = head->next;}return true;}
};

这样做拷贝显然过于复杂，一个更好的思路是将链表转换成数组，因为数组更方便查询。转换成数组后，就可以通过双指针的思路，往中间靠近查询。

class Solution {
public:bool isPalindrome(ListNode* head) {vector<int> vals;ListNode* curr = head;while (curr) {vals.push_back(curr->val);  // 拷贝值curr = curr->next;}int left = 0, right = vals.size() - 1;while (left < right) {if (vals[left++] != vals[right--]) return false;}return true;}
};

如果不用数组，有没有更好的思路呢？看了题解，可以用快慢指针+链表翻转的思路去做。所谓快慢指针，就是用两个指针，快指针一次走两步，慢指针一次走一步，这样当快指针到结尾时，慢指针正好到中心。之后，把后半链表翻转，再逐位比对就行了。

class Solution {
public:bool isPalindrome(ListNode* head) {ListNode* fast = head, *slow = head;while (fast && fast->next){slow = slow->next;fast = fast->next->next;}// 翻转后半部分ListNode* prev = nullptr;while (slow){ListNode* next = slow->next;slow->next = prev;prev = slow;slow = next;}// 比较是否回文ListNode* cur1 = head, *cur2 = prev;while (cur1 && cur2){if (cur1->val != cur2->val) return false;cur1 = cur1->next;cur2 = cur2->next;}return true;}
};

4. 环形链表(t141)

思路分析：环形链表的意思就是链表的末尾会链接到已出现过的节点中，形成“环状”循环。判断环形链表的标准就是看是否已经有节点地址出现过，既然是判断重复问题，第一想到的就是哈希表。

class Solution {
public:bool hasCycle(ListNode *head) {unordered_set <ListNode*> listset;while (head){listset.insert(head);head = head->next;if (listset.count(head)) return true;}return false;}
};

看题解还有另外一种用快慢指针的巧妙思路，如果两个人在操场跑步，一个人跑得快，一个人跑得慢，两个人势必会相遇。反言之，如果两个人相遇，则证明跑道是圆的，思路很巧妙。

class Solution {
public:bool hasCycle(ListNode *head) {if (head == nullptr || head->next == nullptr) {return false;}ListNode *slow = head, *fast = head;while (slow != fast){if (fast == nullptr || fast->next == nullptr) {return false;}slow = slow->next;fast = fast->next->next;}return true;}
};

5. 环形链表 II(t142)

思路分析：这道题和上一道换汤不换药，无非是返回值更加精确，需要返回入环的第一个节点，如果用哈希表去求解，代码几乎不用变，把返回值改一下就行了。

class Solution {
public:ListNode *detectCycle(ListNode *head) {unordered_set <ListNode*> list_set;while (head){if (list_set.count(head)) return head;list_set.insert(head);head = head->next;}return nullptr;}
};

用快慢指针求解反而会更加“烧脑”，需要经历一些数学推导：

假设：链表起点到入环口距离为 a；环入口到相遇点距离为 b；环的长度为 c。

当 fast 和 slow 第一次相遇时，有：

fast 走的路程 = a + b + n * c
slow 走的路程 = a + b
fast = 2 * slow
=> a + b + n * c = 2(a + b)
=> a = n * c - b

得出结论：如果从起点走 a 步，从相遇点也走 a 步，它们就会在入环口相遇！

根据这个结论，具体方法就是当 fast 和 slow 相遇后，让 fast 从头一步步慢走，两人就会在入口相遇。

class Solution {
public:ListNode *detectCycle(ListNode *head) {ListNode* fast = head;ListNode* slow = head;while (true) {if (fast == nullptr || fast->next == nullptr) return nullptr;fast = fast->next->next;slow = slow->next;if (fast == slow) break;}fast = head;while (slow != fast) {slow = slow->next;fast = fast->next;}return fast;}
};

6. 合并两个有序链表(t21)

思路分析：这一题的关键是要new一个哨兵节点 prehead，然后用一个指针去帮它“铺路”。

class Solution {
public:ListNode* mergeTwoLists(ListNode* l1, ListNode* l2) {ListNode* preHead = new ListNode(-1);ListNode* prev = preHead;while (l1 != nullptr && l2 != nullptr){if (l1->val > l2->val){prev->next = l2;l2 = l2->next;}else{prev->next = l1;l1 = l1->next;}prev = prev->next;}prev->next = (l1 == nullptr? l2 : l1);return preHead->next;}
};

7. 两数相加(t2)

思路分析：这题要处理两个不等长的逆序链表相加，由于链表无法直接知道长度，因此一个朴素的思路就是直接将其转成数组，这样运算就稍微简单一点，最后算完再转回链表。

class Solution {
public:ListNode* addTwoNumbers(ListNode* l1, ListNode* l2) {vector<int> l1_list, l2_list;ListNode* curr1 = l1;ListNode* curr2 = l2;while (curr1){l1_list.push_back(curr1->val);curr1 = curr1->next;}while (curr2){l2_list.push_back(curr2->val);curr2 = curr2->next;}int sum = 0, sum1 = 0, sum2 = 0;int n1 = l1_list.size(), n2 = l2_list.size();for (int i = n1 - 1 ; i >= 0; i--){sum1 += l1_list[i] * pow(10, i);}for (int i = n2 - 1 ; i >= 0; i--){sum2 += l2_list[i] * pow(10, i);}sum = sum1 + sum2;ListNode* dummy = new ListNode(-1);ListNode* curr = dummy;if (sum == 0) return new ListNode(0);while (sum > 0) {int digit = sum % 10;curr->next = new ListNode(digit);curr = curr->next;sum /= 10;}return dummy->next;}
};

这样写，测试样例能过，但没法AC，因为犯了一个“致命”错误，那就是int类型的数组是无法存储超大整数的。

因此，正确的方式是直接用链表去逐位处理，关键问题是如何处理进位问题，可以用一个单独的 carry 变量进行存储。

class Solution {
public:ListNode* addTwoNumbers(ListNode* l1, ListNode* l2) {ListNode* dummy = new ListNode(-1);ListNode* curr = dummy;int carry = 0;while (l1 || l2 || carry) {int x = l1 ? l1->val : 0;int y = l2 ? l2->val : 0;int sum = x + y + carry;carry = sum / 10;curr->next = new ListNode(sum % 10);curr = curr->next;if (l1) l1 = l1->next;if (l2) l2 = l2->next;}return dummy->next;}
};

8. 删除链表的倒数第 N 个结点(t2)

思路分析：这道题要求删除倒数第 N 个节点，顺序遍历时，怎么知道在哪开始删除呢？一个最直接的思路就是先把链表遍历一遍，先得到链表的长度。

class Solution {
public:ListNode* removeNthFromEnd(ListNode* head, int n) {ListNode* dummy = new ListNode(0, head);ListNode* prev = dummy;int length = 0;while (prev){prev = prev -> next;length++;}ListNode* curr = dummy;int position = 0;while (position < length - n - 1){curr = curr->next;position++;}// 删除节点curr->next = curr->next->next;return dummy->next; }
};

看题解还可以采用双指针的思路，既然不知道 n 具体在哪里，那就让其中一个指针先抢跑 n 个位置，这样当它到末尾时，慢的指针刚好到n。

class Solution {
public:ListNode* removeNthFromEnd(ListNode* head, int n) {ListNode* dummy = new ListNode(0, head);ListNode* first = head;ListNode* second = dummy;for (int i = 0; i < n; ++i) {first = first->next;}while (first) {first = first->next;second = second->next;}second->next = second->next->next;ListNode* ans = dummy->next;delete dummy;return ans;}
};

9. 两两交换链表中的节点(t24)

思路分析：这道题可以直接用迭代思想去做，操作比较常规，唯一需要注意的是，在进行结点替换时，一定要先把节点后路留好，比如下面的代码中在进行node2->next = node1;之前，必须先把node1的next定好，否则链就丢了，找不到了。

class Solution {
public:ListNode* swapPairs(ListNode* head) {ListNode* dummy = new ListNode(0);ListNode* curr = dummy;curr->next = head;while (curr->next != nullptr && curr->next->next != nullptr){ListNode* node1 = curr->next;ListNode* node2 = curr->next->next;curr->next = node2;node1->next = node2->next;node2->next = node1;curr = node1;}return dummy->next;}
};

10. K 个一组翻转链表(t25)

思路分析：这道题是hard难度，需要单独对每块内容进行链表翻转，最容易理解的写法就是单独弄个函数处理链表翻转，返回头和尾，在外面将其连接。

class Solution {
public:// 翻转一个子链表，并且返回新的头与尾pair<ListNode*, ListNode*> myReverse(ListNode* head, ListNode* tail) {ListNode* prev = tail->next;ListNode* p = head;while (prev != tail) {ListNode* nex = p->next;p->next = prev;prev = p;p = nex;}return {tail, head};}ListNode* reverseKGroup(ListNode* head, int k) {ListNode* hair = new ListNode(0);hair->next = head;ListNode* pre = hair;while (head) {ListNode* tail = pre;// 查看剩余部分长度是否大于等于 kfor (int i = 0; i < k; ++i) {tail = tail->next;if (!tail) {return hair->next;}}ListNode* nex = tail->next;tie(head, tail) = myReverse(head, tail);// 把子链表重新接回原链表pre->next = head;tail->next = nex;pre = tail;head = tail->next;}return hair->next;}
};

11. 随机链表的复制(t138)

思路分析：这道题看了题目和示例也没看懂要做什么，看了题解才知道原来要做的就是对特殊格式的链表进行深拷贝。

比如，直接用python3调用深拷贝的工具

class Solution:def copyRandomList(self, head: 'Optional[Node]') -> 'Optional[Node]':return copy.deepcopy(head)

可以通过哈希表的方式具体实现：

class Solution {
public:Node* copyRandomList(Node* head) {if(head == nullptr) return nullptr;Node* cur = head;unordered_map<Node*, Node*> map;// 复制各节点，并建立 “原节点 -> 新节点” 的 Map 映射while(cur != nullptr) {map[cur] = new Node(cur->val);cur = cur->next;}cur = head;// 构建新链表的 next 和 random 指向while(cur != nullptr) {map[cur]->next = map[cur->next];map[cur]->random = map[cur->random];cur = cur->next;}// 返回新链表的头节点return map[head];}
};

12. 排序链表(t148)

思路分析：数组的排序很简单，有stl提供的sort方式可以直接调用，链表排序没这样方便的函数，因此，一个简单的想法就是将链表转成数组，排完序之后再转成链表。

class Solution {
public:ListNode* sortList(ListNode* head) {ListNode* curr = head;vector<int> nums;while (curr){nums.push_back(curr->val);curr = curr->next;}sort(nums.begin(), nums.end());ListNode* dummy = new ListNode();ListNode* cur = dummy;for (int i = 0; i < nums.size(); i++){cur->next = new ListNode(nums[i]);cur = cur->next; }return dummy->next;}
};

虽然这样写能够AC，但显然不是题目的本意，看官方题解，推荐采用归并排序去做，归并排序就是“分治”思想：

分：不断将链表一分为二，直到每段只有一个或零个节点；
治：将两个已排序的链表合并成一个有序链表。

class Solution {
public:ListNode* sortList(ListNode* head) {return sortList(head, nullptr);}ListNode* sortList(ListNode* head, ListNode* tail) {if (head == nullptr) {return head;}if (head->next == tail) {head->next = nullptr;return head;}ListNode* slow = head, *fast = head;while (fast != tail) {slow = slow->next;fast = fast->next;if (fast != tail) {fast = fast->next;}}ListNode* mid = slow;return merge(sortList(head, mid), sortList(mid, tail));}ListNode* merge(ListNode* head1, ListNode* head2) {ListNode* dummyHead = new ListNode(0);ListNode* temp = dummyHead, *temp1 = head1, *temp2 = head2;while (temp1 != nullptr && temp2 != nullptr) {if (temp1->val <= temp2->val) {temp->next = temp1;temp1 = temp1->next;} else {temp->next = temp2;temp2 = temp2->next;}temp = temp->next;}if (temp1 != nullptr) {temp->next = temp1;} else if (temp2 != nullptr) {temp->next = temp2;}return dummyHead->next;}
};

13. 合并 K 个升序链表(t23)

思路分析：第六题做过合并两个有序链表，因此，最简单的思路就是直接两两合并。虽然这不是最优思路，但对于 hard 题来说，能解决就行，没必要为最优方法浪费太多时间。

class Solution {
public:ListNode* mergeTwoLists(ListNode *a, ListNode *b) {if ((!a) || (!b)) return a ? a : b;ListNode head, *tail = &head, *aPtr = a, *bPtr = b;while (aPtr && bPtr) {if (aPtr->val < bPtr->val) {tail->next = aPtr; aPtr = aPtr->next;} else {tail->next = bPtr; bPtr = bPtr->next;}tail = tail->next;}tail->next = (aPtr ? aPtr : bPtr);return head.next;}ListNode* mergeKLists(vector<ListNode*>& lists) {ListNode *ans = nullptr;for (size_t i = 0; i < lists.size(); ++i) {ans = mergeTwoLists(ans, lists[i]);}return ans;}
};