LeetCodeCampsDay3

主要与链表相关

记住：一般涉及到 增删改操作，用虚拟头结点dummy_head都会方便很多， 如果只能查的话，用不用虚拟头结点都差不多。

链表理论基础

建议：了解一下链表基础，以及链表和数组的区别

文章链接：https://programmercarl.com/%E9%93%BE%E8%A1%A8%E7%90%86%E8%AE%BA%E5%9F%BA%E7%A1%80.html

203. 移除链表元素

https://leetcode.cn/problems/remove-linked-list-elements/

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

思路

1. head是输入链表，是不动的；需要一个遍历的指针，可以使用index = head创建；
2. 不断判断index.next的值是否等于val（因为，如果index.next.val等于val，可以通过操作，让index.next被删除）
3. 最后判断下，如果head.val等于val，需要将head=head.next ；以免出现val=1, 但head返回是[1，2]的情况

代码

# Definition for singly-linked list.
# class ListNode:
#     def __init__(self, val=0, next=None):
#         self.val = val
#         self.next = next
class Solution:
    def removeElements(self, head: Optional[ListNode], val: int) -> Optional[ListNode]:
        if head is None:
            return head
        
        index = head
        while index.next is not None:
            if val == index.next.val:
                index.next = index.next.next
            else:
                index = index.next
        if head.val == val:
            head = head.next
        return head

思路二

思路一有个缺点，需要单独写一段逻辑处理头结点的情况，可以设置一个虚拟头部dummy_head，其中dummy_head.next=head；从而原链表的所有节点都可以统一处理

代码二

# Definition for singly-linked list.
# class ListNode:
#     def __init__(self, val=0, next=None):
#         self.val = val
#         self.next = next
class Solution:
    def removeElements(self, head: Optional[ListNode], val: int) -> Optional[ListNode]:
        dummpy_head = ListNode(next = head)
				# 同样需要index作为当前指针
        index = dummpy_head
        while index.next is not None:
            if val == index.next.val:
                index.next = index.next.next
            else:
                index = index.next
        return dummpy_head.next

206. 反转链表

https://leetcode.cn/problems/reverse-linked-list/

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？

思路一

至少需要三个辅助节点，pre, current, current_next(temp)

1. 先记录current.next到temp
2. 不断将current.next设置为pre
3. pre转成current；current转成temp

代码一

# Definition for singly-linked list.
# class ListNode:
#     def __init__(self, val=0, next=None):
#         self.val = val
#         self.next = next
class Solution:
    def reverseList(self, head: Optional[ListNode]) -> Optional[ListNode]:        
        current = head
        pre = None
        
        while current is not None:
            temp = current.next
            current.next = pre
            pre = current
            current = temp
            
        return pre

思路二（递归）

退出条件：如果head为空/head.next为空，则直接返回haed，因为它已经反转了

让递归函数输入head.next(即剩下链表)，返回结果为new_head；new_head会先变成原head链表最后一个元素，如[1,2,3,4,5]则new_head为5，且整个递归过程new_head一直为5

foo([1,2,3,4,5])

foo([1,foo([2,3,4,5])])

foo([1,foo([2,foo([3,4,5])])])

foo([1,foo([2,foo([3,foo([4,5])])])])

foo([1,foo([2,foo([3,foo([4,foo([5])])])])])

逐个分析下

• foo([5])返回head，并且成为new_head
• 对于foo([4,foo([5])])，new_head = 5；head.next.next = head 意为将4.next.next（原来为5）设置为4，即5.next = 4；且head.next = None，即4.next = None；这里把4当成反转后的最后一个节点
• 对于foo([3,foo([4,foo([5])])])，new_head = 5; head.next.next = head意为将3.next.next(原为4)设置为3，即4.next = 3且head.next = None，即3.next = None；这里把3当成反转后的最后一个节点
• 对于foo([2,foo([3,foo([4,foo([5])])])])，new_head = 5; head.ext.next = head意为将2.next.next(原为3)设置为2，即3.next = 2且head.next = None，即2.next = None；这里把2当成反转后的最后一个节点
• 对于foo([1,foo([2,foo([3,foo([4,foo([5])])])])])，new_head = 5; head.ext.next = head意为将1.next.next(原为2)设置为1，即2.next = 1且head.next = None，即1.next = None；这里把1当成反转后的最后一个节点

从而完成递归的反转链表

# Definition for singly-linked list.
# class ListNode:
#     def __init__(self, val=0, next=None):
#         self.val = val
#         self.next = next
class Solution:
    def reverseList(self, head: Optional[ListNode]) -> Optional[ListNode]:        
        def foo(head: Optional[ListNode]):
            if head is None or head.next is None:
                return head
            # new_head会先变成原head链表最后一个元素
            # [1,2,3,4,5]则new_head为5，且一直为5
            new_head = foo(head.next)
            # 反转两个节点
            head.next.next = head
            # 反转后的最后一个节点的next设置为None
            head.next = None

            return new_head

        return foo(head)

时间复杂度O(n)，其中n是链表节点数，每个节点被访问一次

空间复杂度O(N)，递归调用栈的空间，最坏的情况下，stack深度为n

707. 设计链表

https://leetcode.cn/problems/design-linked-list/

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 。

思路

1. 先确定使用单链表，包含head和L(表示节点个数)
2. addAtHead设置借用203.移除链表元素里dummy_head思想即可
3. addAtIndex才是核心需要设置的东西
   1. 如果index为0，addAtIndex直接调用addAtHead；
   2. 如果index > self.L or index < 0 直接返回
   3. 如果index有效，寻找index前一节点current，令current.next = newNode
4. addAtTail直接调用addAtIndex就行，传入self.L,val
5. deleteAtIndex难度不大
   1. Index == 0，直接跳过head即可
   2. Index >= self.L 直接返回
   3. Index有效时，找到index前一节点current，令current.next = current.next.next

另外，定义个函数__getIndexPreNode，用来找到index的前一个节点；因为有至少三个函数需要调用到它

def __getIndexPreNode(self, node, index):
        current = node
        for _ in range(index - 1):
            current = current.next
        return current

__printList用来打印当前链表

def __printList(self, node):
        caller_name = inspect.stack()[1].function
        current = self.head
        print(f"caller_name: {caller_name}")
        while current.next:
            print(current.val, end = ' ')
            current = current.next
        print(f", self.L {self.L}")
        print(" ")

代码

class ListNode:
    def __init__(self,val = 0, next = None):
        self.val = val
        self.next = next
import inspect
class MyLinkedList:
    def __init__(self):
        self.head = ListNode()
        self.L = 0

    def __getIndexPreNode(self, node, index):
        current = node
        for _ in range(index - 1):
            current = current.next
        return current

    def __printList(self, node):
        caller_name = inspect.stack()[1].function
        current = self.head
        print(f"caller_name: {caller_name}")
        while current.next:
            print(current.val, end = ' ')
            current = current.next
        print(f", self.L {self.L}")
        print(" ")

    def get(self, index: int) -> int:
        if index >= self.L or index < 0:
            return -1
        if index == 0:
            return self.head.val

        current = self.__getIndexPreNode(self.head, index)
        # self.__printList(self.head)
        return current.next.val

    def addAtHead(self, val: int) -> None:
        dummy_head = ListNode(val = val, next = self.head)
        self.head = dummy_head
        self.L += 1
        # self.__printList(self.head)

    def addAtTail(self, val: int) -> None:
        self.addAtIndex(self.L, val)

    def addAtIndex(self, index: int, val: int) -> None:
        if index > self.L or index < 0:
            return -1
        
        if index ==0 :
            return self.addAtHead(val)
        
        current = self.__getIndexPreNode(self.head, index)
        newNode = ListNode(val, current.next)
        current.next = newNode
        self.L += 1
        # self.__printList(self.head)

    def deleteAtIndex(self, index: int) -> None:
        if index >= self.L or index < 0:
            return 
        if index == 0:
            self.head = self.head.next
            self.L -= 1
            return
        current = self.__getIndexPreNode(self.head, index)
        current.next = current.next.next
        self.L -= 1
        # self.__printList(self.head)


# Your MyLinkedList object will be instantiated and called as such:
# obj = MyLinkedList()
# param_1 = obj.get(index)
# obj.addAtHead(val)
# obj.addAtTail(val)
# obj.addAtIndex(index,val)
# obj.deleteAtIndex(index)

改进版

1. 其它思路不变，规定将head作为“dummy_head”
2. 新增__getIndexNode函数，指获得Index对应节点
3. 优点：代码更统一了，减少了需要额外讨论index==0以及index==self.L的情况！！所以，有dummy_head非常方便
4. 因为head是dummy_head，所以__getIndexNode(index)得到的就是index的pre节点，和原版作用是一样的
5. 所以get函数中需要传入head.next而不是head

一般涉及到 增删改操作，用虚拟头结点dummy_head都会方便很多， 如果只能查的话，用不用虚拟头结点都差不多。

代码二

class ListNode:
    def __init__(self,val = 0, next = None):
        self.val = val
        self.next = next
import inspect
class MyLinkedList:
    def __init__(self):
        self.head = ListNode()
        self.L = 0

    def __getIndexNode(self, node, index):
        current = node
        for _ in range(index):
            current = current.next
        return current

    def get(self, index: int) -> int:
        if index >= self.L or index < 0:
            return -1
				# 注意，这里传入head.next而不是head
        current = self.__getIndexNode(self.head.next, index)
        return current.val

    def addAtHead(self, val: int) -> None:
        self.head.next = ListNode(val = val, next = self.head.next)
        self.L += 1

    def addAtTail(self, val: int) -> None:
        self.addAtIndex(self.L, val)

    def addAtIndex(self, index: int, val: int) -> None:
        if index > self.L or index < 0:
            return -1
        
        current = self.__getIndexNode(self.head, index)
        current.next =  ListNode(val, current.next)
        self.L += 1
        # self.__printList(self.head)

    def deleteAtIndex(self, index: int) -> None:
        if index >= self.L or index < 0:
            return 

        current = self.__getIndexNode(self.head, index)
        current.next = current.next.next
        self.L -= 1
        # self.__printList(self.head)


# Your MyLinkedList object will be instantiated and called as such:
# obj = MyLinkedList()
# param_1 = obj.get(index)
# obj.addAtHead(val)
# obj.addAtTail(val)
# obj.addAtIndex(index,val)
# obj.deleteAtIndex(index)