链表的操作总结

  链表反转

这是一个简单的链表操作问题，在leetcode上面有52.7%的通过率，难度是简单。但是还是想在这里基于python做一下总结，顺便总结一下链表的各种操作。

首先先看一下leetcode上面的题目：

反转一个单链表。

示例:

输入: 1->2->3->4->5->NULL
输出: 5->4->3->2->1->NULL
进阶:
你可以迭代或递归地反转链表。你能否用两种方法解决这道题？

看完了题目，很直白，就是转过来。我们尝试对这道题进行解决。这道题用python至少会有三种解决方案。

首先是链表的数据结构定义：

1.将链表遍历进list中，然后利用切片反转list，再将list填充到链表中即可。这是最简单的一种思考逻辑，但是也比较消耗性能。时间和空间复杂度都为O(n)。

2.另一种迭代算法，是一种纯粹交换的迭代，笔者这里截取了leetcode速度最快的一种。

这一波交换操作，我们可以画个示意图就知道他的交换是一种怎么样的交换。

从图中可以看出，循环的作用就是将反向指针进行保存。同时令将指针转向的功能。

3.最后一种方案是采用递归的方式进行链表反转。这种方式也需要一定的理解。我们先展示一下代码。

这种解法其实理解起来只有两部分内容，传递反向指针和进行指针反向拼接。我们先来理解一下指针反向拼接这个操作。

如此循环即可将链表反转过来。但是还有个关键就是将最后一个指针传递出来。我们可以看到之前的代码中，end传出来后是一直没有做任何操作的。不停的return出最后一个指针。所以就将最后一个指针传递了出来。
以上就是链表反转的3中方法。除此之外还想写一些链表的简单操作。

  快慢指针

何为快慢指针，即对链表进行两个不同步频的指针标记遍历。最经典的是慢指针走一步，快指针走两步。

快慢指针有很多的应用，比如说：

1.判断一个链表是否存在环。

两个指针并排走，如果有环的话快指针最终会指向慢指针的位置。没有环的话，快指针会指向None后退出。
当然这道题的解法不止这一样，还可以利用set进行判断。
2.输出链表中的倒数第K个节点
这道题利用快慢指针的思路是这样的。定义两个指针，第一个指针向前走k-1步；第2个指针保持不动；到第k步时第2个指针也开始移动。由于两个指针始终保持着k-1的距离，所以当快指针到达末尾时，慢指针刚好指向倒数第k个。

链表的技巧总结

  技巧一 ：理解指针或者引用的含义

看懂链表结构不是很难，但是一旦把它和指针混在一起，就很容易让人摸不着头脑，(我再写代码的时候就出现了这种情况)，所以要想写对链表代码，首先要理解好指针。
实际上，对于指针的理解，你只需要记住下面这句话就可以了：将某个变量赋值给指针，实际上就是将这个变量的地址赋值给指针，或者反过来说，指针中存储了这个变量的内存地址，指向了这个变量，通过指针就能找到这个变量。

  技巧二：警惕指针丢失和内存泄露

在写链表代码的时候，经常会找不到指针(引用)指到了哪儿，会弄丢了指针。
例如在单向链表中插入节点x，前节点是p，后节点是b。

p.next = x ;
x.next = p.next;

这样就会导致指针丢失和内存泄露。如果把两行代码的顺序颠倒一下，就不会丢失指针，要先将x.next指向b，然后，在将p的next节点指向x，这样才不会丢失指针导致内存泄露。

  技巧三：利用哨兵简化实现的难度

哨兵，解决的是国家之间的边界问题。同理，这里说的哨兵也是解决"边界问题"的，不直接参与业务逻辑。(还不是很了解，之后再补充)。
技巧四：重点留意边界条件处理
软件开发中，代码在处理一些边界问题或者异常情况中，容易出现bug。链表代码也是容易产生bug，要想实现没有bug的链表代码，一定要在编写的过程中以及在编写完之后，检查边界条件是否考虑的全面，以及代码在边界条件下是否能正常运行。
经常用来检查链表代码是否正确的边界条件有如下几个：

• 如果链表为空，代码是否能正常运行？

• 如果链表只包含一个节点时，代码是否正常运行？

• 如果链表只包含两个节点时，代码是否正常运行？

• 代码在处理头节点和尾节点时，代码是否正常运行？

我们在写代码的时候也不要只是实现业务逻辑就完事，也要多考虑会遇到哪些边界问题或者异常情况，遇到了应该如何解决，这样写出来的代码才会健壮。

  技巧四、留意边界的处理

比如链表为空、比如只包含一个结点或两个节点的情况。比如处理头结点和尾节点时，代码是否正确。

再就是多写多练了，这里给出java语言实现的链表代码。

  技巧五：举例画图，辅助思考

举例画图，这个太有用了，我再学习算法的过程中，有时候看不懂实现代码的时候，就想着如何通过画图来分解代码的实现步骤，感谢在学习中，帮助过我的朋友，让我能够理解实现的过程。
在这里继续用上述的有序链表的合并的代码：

画图辅助思考：
我们可以看到这个代码里就体现了边界问题的几个步骤：

1、首先是链表为空时的处理。

2、链表头的处理。

3、链表多节点的处理。

4，链表尾的处理。

而图中的举例也正是对代码实现的分解的很好的解释。(画图辅助真的很棒)

  技巧六：多谢多练，没有捷径

就是把常见的链表操作都自己多写几遍。最开始我都是遇到了各种各样的不理解，甚至对于链表的操作都有些迷糊，但是多出问题多调试，慢慢的我们也能孰能生巧。唯手熟尔！
常见的链表操作，只要能熟练的写出来，不熟就多写几遍，保证之后就不会再害怕写链表代码。

• 单链表反转

• 检测链表中的环

• 两个有序链表的合并

• 删除链表中倒数第K个节点

• 球链表的中间节点

写出正确链表代码的六个技巧。分别是理解指针或引用的含义、警惕指针的丢失和内存泄露，利用哨兵简化实现难度，重点留意边界条件处理，以及举例画图，辅助思考，还有就是多写多练，唯手熟尔。
勤能补拙，生活就是养成游戏，勤练内功，即使当前不能花里胡哨，未来也会强壮到无人能敌！

链表的经典技巧及算法

  1、寻找链表的中间节点：最简单的方法是，先遍历一遍链表，计算出链表的长度，然后计算出中间节点的位置，然后再遍历一遍，边遍历边计算，直到找到中间节点，这个方法略显啰嗦，最坏的情况需要遍历2次链表，代码如下：

另一个更灵巧的方法是，用两个指针，慢指针每次走一步，快指针每次走两步，当快指针走到链表的末端(NULL)时，慢指针正好指向了中间节点，代码如下：

  2、检测链表是否有环：经典的做法也是用快慢指针，如果没有环，快指针一定先到达链表的末端(NULL)，如果有环，快、慢指针一定会相遇在环中，代码如下：

  3、检测环的入口：经典的做法是先检测是否有环，如果有环，则计算出环的长度，然后使用前后指针(不是快慢指针)，所谓的前后指针就是一个指针先出发，走了若干步以后，第二个指针也出发，然后两个指针一起走，当前后指针相遇时，它们正好指向了环的入口，代码如下：

如果允许使用额外的内存，可以有更简单的做法，即一边遍历，一边将节点放在map中，当某个节点第二次出现在map中时，它就是入口节点，代码如下：

  4、链表翻转：假设原链表为1->2->3，翻转以后的链表应该是1

  5、删除链表中的节点，注意这里只给出要删除的那个节点，不给出链表头(假设被删除节点不是尾节点)，代码如下：

如果被删除节点是尾节点，上面的代码就无法将target上一个节点的next置为NULL，所以只有给了头节点后，才能遍历到target的上一个节点，并把其next置为NULL。  6、回文链表的检测：所谓回文链表，即链表元素关于中间对称，，如1->2->3->2->1，比较简单的方法是用一个栈，先顺序遍历链表，并把每个节点放入栈中，遍历完成后，栈的出栈顺序正好是原链表的逆，代码如下：

上面代码的空间复杂度为O(N)，其实还有空间复杂度为O(1)的算法，也很灵巧，运用了之前提到的一些技巧，代码如下：

这个方法的缺点是修改了原链表，但是综合运用了链表的很多技巧，值得收藏。

  7、合并有序链表：基本思路跟合并有序数组一样，但是不需要O(N)的空间复杂度了，只需要O(1)的空间复杂度，代码如下：

其实如果不要求空间复杂度为O(1)，可以用递归的思想，代码更简略，如下：

  8、链表排序：如果没有空间复杂度、时间复杂度的要求，那可选的方法太多了，像插入排序、选择排序、冒泡排序，但是如果要求时间复杂度为O(NlogN)，而且空间复杂度为O(1)呢？归并排序！！！正好可以用上刚刚写的合并有序链表的代码，代码如下：

  9、链表的循环右移：举例如下1->2->3->4->5->NULL，循环右移2位后，变成了4->5->1->2->3->NULL，可以这么考虑，如果链表的长度为N，循环右移K位，那么等效于循环右移 K%N位，K%N是一个小于N的数，然后我们只需要找到循环右移后的头节点即可，上面的例子就是4，然后直接把1->2->3链接到4->5->的后面，代码如下：

  10、以组为单位翻转链表：组的长度用K表示，比如原链表为1->2->3->4->5，当K=2时，翻转的结果为2->1->4->3->5，当K=3时，翻转的结果为3->2->1->4->5，即先翻转K个，再翻转K个，当剩下的节点数小于K时，就不用翻转了。用递归的方法很容易实现，代码如下：

这个算法的空间复杂度为O(N/K)，即正比于递归深度，如果要求空间复杂度为O(1)呢？其实也比较简单，只要循环处理每一段长度为K的链表，处理的时候注意保存上一段链表的尾节点，代码如下：

11、翻转链表的相邻节点，比如原链表为1->2->3->4，翻转后为2->1->4->3，这个其实就是上一道题的特例，即K=2，也要求空间复杂度为O(1)，不过还是递归简洁啊，这里只给出递归的代码：

  12、删除链表的倒数第N个节点，要求只遍历一次，还记得检测环的入口吗？是的，用前后指针，前后指针需要相隔(N+1)步，这样当前指针为NULL的时候，后指针正好指向倒数第(N+1)个节点，然后直接删除倒数第N个节点即可，代码如下：

  13、删除有序链表中的重复元素，如原链表为1->2->3->3->4->4->5，删除后的链表为1->2->5，这道题的关键是如果某节点有重复，务必将其全部删掉，所以要对有重复的节点做个标记，代码如下：

技巧：哑变量的引入使得头结点不再具有特殊性，从而简化处理流程。  14、像快排那样将链表分成前后两个部分，比如原链表为1->4->3->2->5->2，给出数字3，那么链表中比3小的放在前面，比3大(或等于3)的放在链表的后面，处理后的链表应该是这样的1->2->2->4->3->5，注意，4和5都大于3，那么处理后的链表中4仍然应该在5的前面，代码如下：

  15、合并K个有序链表，这个咋一听很简单，先合并第1个、第2个，然后将合并后的结果与第3个合并，然后将合并的结果与第4个合并……，假设每个链表的长度为N，那么时间复杂度为O(NK²)，N为总的节点数，因为要合并K次。其实有更优的时间复杂度，我们可以先两两合并，即第1个与第2个合并，第3个与第4个合并，即执行K/2次合并，这作为第一轮合并，时间复杂度为O(KN)，接下来就只需要合并K/2个有序链表了，即进行第二轮合并，这样总共需要进行logK轮合并，每一轮的时间复杂度为O(KN)，所以总的时间复杂度为O(NKlogK)，代码如下(合并两个有序链表的代码已经在前面给出)：

  16、寻找两个链表的第一个公共节点，即两个链表从某个节点开始合并了，我们要找出这个节点，经典的方法是先计算两个链表的长度：L1，L2，假设L1>L2，那么公共节点一定不在链表1的前(L1-L2)个节点中，这样我们就可以让链表1的头节点指向第(L1-L2+1)个节点，然后同时推进两个链表的头节点，边推进边比较，直到遇到同一个节点，代码如下：

  17、链表的插入排序，这个就很直白了，代码如下：

  18、把有序链表转换成一个尽量平衡的二叉树，其实所谓的尽量平衡，就是把链表的中间节点作为根节点，根节点左边的链表是树的左子树，根节点右边的链表是树的右子树，然后问题就转换成了原问题的子问题，即用前半段链表建立一个尽量平衡的左子树，用后半段链表建立一个尽量平衡的右子树，代码如下：

  19、在链表上模拟加法运算，比如(2 -> 4 -> 3) + (5 -> 6 -> 5)=7 -> 0 -> 9，链表的头节点为个位，然后是十位……其实模拟的关键就是处理进位，代码如下(略长，但比较直白)：

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实践出真知▼