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【演算法篇】連結串列專題

阿新 • • 發佈：2018-12-17

　　前言：

　　從今天開始要攻克演算法專題了，今天是連結串列篇，關於連結串列相關的考題，不會太多涉及時間複雜度，而主要考察連結串列和指標操作；為啥大廠喜歡考察資料結構和演算法？因為這些是對基本功的昇華，不會考察陣列指標、函式指標等，考一個連結串列，就能考察對指標的理解，我相信不理解指標，連結串列學起來很費勁！

　　一、簡介

　　我會一個模組一個模組進行學習和練習，練習時我會從leetcode上選題，都知道leetcode吧？是OJ中最權威的平臺了，在上面可以找演算法題和練習，很好的一個網站，每一個題都會說明leetcode的第幾題，方便大家查詢和練習。

　　二、反轉連結串列

　　LeetCode上第206題：Reverse Linked List，官網是英文，但鑑於英文對一些人看起來比較費勁，翻譯成中文，如下：

反轉單鏈表。
例子:
輸入:1 - > 2 - > 3 - > 4 - > 5 - > NULL
輸出:5 - > 4 - > 3 - > 2 - > 1 - > NULL
跟進:
連結串列可以迭代或遞迴地反轉。你能實現這兩個嗎?

　　可能有人會想到直接去改連結串列節點裡的值，這是不允許，一般都是操作next指標，去改變指標指向；畫圖進行講解，如下：

 　　

　　需要三個指標pre/cur/next去反轉，將2位置指向pre位置，pre指向1號位置，1號位置指向3號位置，這樣就可以進行反轉了。程式碼如下：

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

// 206. Reverse Linked List
// https://leetcode.com/problems/reverse-linked-list/description/
// 時間複雜度: O(n)
// 空間複雜度: O(1)
class Solution {
public:
    ListNode* reverseList(ListNode* head) {

        ListNode
 
* pre = NULL;
        ListNode* cur = head;
        while(cur != NULL){
            ListNode* next = cur->next;
            cur->next = pre;
            pre = cur;
            cur = next;
        }

        return pre;
    }
};

　　我是按照LeetCode的格式進行編寫的，然後去LeetCode上去試一下，鑑於可能有人不知道怎麼使用LeetCode，我簡單進行演示一下怎麼使用：

　　第一步：百度leetcode，如下：

　　

　　　　第二步：點選“Create Account”，建立自己的使用者，需要填寫郵箱，需要點選連結進行啟用，否則刷題無法提交；剛開始寫的郵箱沒給我發郵件，又在個人資料裡重新換了郵箱，就可以收到了；

　　　　第三步：在首頁找題，如果能記住題目，可以輸入題目進行搜尋；也可以搜尋題號，如206，也可以搜尋到，如下圖：

　

第四步：提交程式碼，我將上面寫的程式碼放到leetcode，點選右下角的“Submit Solution”,就可以看到下面的“Submission Solution：Accepted”，就表示通過了，如下圖：

   這樣就OK了。

　　三、測試程式

　　這部分主要說明一下怎麼去自己測試程式的執行？主要實現連結串列的建立、遍歷、銷燬（C++堆上記憶體要自己管理）。

　　1、建立連結串列

　　將陣列傳給函式，根據陣列實現連結串列賦值；還會傳入n建立多大的連結串列，程式碼如下:

// 根據n個元素的陣列arr建立一個連結串列, 並返回連結串列的頭
ListNode* createLinkedList(int arr[], int n){

    if(n == 0)
        return NULL;

    ListNode* head = new ListNode(arr[0]);
    ListNode* curNode = head;
    for(int i = 1 ; i < n ; i ++){
        curNode->next = new ListNode(arr[i]);
        curNode = curNode->next;
    }

    return head;
}

　　注意：建立的連結串列，沒有真實的“頭結點”，就是隻存一個開始指標的節點，所以刪除第一個節點要注意！

　　2、遍歷連結串列

　　通過頭結點進行遍歷連結串列，程式碼如下：

// 列印以head為頭結點的連結串列資訊內容
void printLinkedList(ListNode* head){

    ListNode* curNode = head;
    while(curNode != NULL){
        cout << curNode->val << " -> ";
        curNode = curNode->next;
    }

    cout << "NULL" << endl;

    return;
}

　　3、銷燬連結串列

　　將建立時分配的記憶體釋放，程式碼如下：

// 釋放以head為頭結點的連結串列空間
void deleteLinkedList(ListNode* head){

    ListNode* curNode = head;
    while(curNode != NULL){
        ListNode* delNode = curNode;
        curNode = curNode->next;
        delete delNode;
    }

    return;
}

　　4、測試程式

　　對反轉連結串列程式碼進行測試，整體程式碼如下：

#include <iostream>

using namespace std;

/**
 * Definition for singly-linked list.
 */
struct ListNode {
     int val;
     ListNode *next;
     ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
};

/// LinkedList 測試輔助函式

// 根據n個元素的陣列arr建立一個連結串列, 並返回連結串列的頭
ListNode* createLinkedList(int arr[], int n){

    if(n == 0)
        return NULL;

    ListNode* head = new ListNode(arr[0]);
    ListNode* curNode = head;
    for(int i = 1 ; i < n ; i ++){
        curNode->next = new ListNode(arr[i]);
        curNode = curNode->next;
    }

    return head;
}

// 列印以head為頭結點的連結串列資訊內容
void printLinkedList(ListNode* head){

    ListNode* curNode = head;
    while(curNode != NULL){
        cout << curNode->val << " -> ";
        curNode = curNode->next;
    }

    cout << "NULL" << endl;

    return;
}

// 釋放以head為頭結點的連結串列空間
void deleteLinkedList(ListNode* head){

    ListNode* curNode = head;
    while(curNode != NULL){
        ListNode* delNode = curNode;
        curNode = curNode->next;
        delete delNode;
    }

    return;
}


// 206. Reverse Linked List
// https://leetcode.com/problems/reverse-linked-list/description/
// 時間複雜度: O(n)
// 空間複雜度: O(1)
class Solution {
public:
    ListNode* reverseList(ListNode* head) {

        ListNode* pre = NULL;
        ListNode* cur = head;
        while(cur != NULL){
            ListNode* next = cur->next;
            cur->next = pre;
            pre = cur;
            cur = next;
        }

        return pre;
    }
};

int main(){

    int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    int n = sizeof(arr)/sizeof(int);

    ListNode* head = createLinkedList(arr, n);
    printLinkedList(head);

    ListNode* head2 = Solution().reverseList(head);
    printLinkedList(head2);

    deleteLinkedList(head2);

    return 0;
}
View Code

　　執行結果如下：

　　

　　進行了反轉，沒有問題；

　　四、刪除連結串列元素

 　　1、題目

　　LeetCode上第203題目：Remove Linked List Elements，題目如下：

從具有值val的整數連結串列中刪除所有元素。
例子:
輸入:1->2->6->3->4->5->6,val = 6
輸出:1 - > 2 - > 3 - > 4 - > 5

　　2、分析題目

　　先來分析一下題目，用圖來解釋如下：

　　

　　假如刪除值為4的節點，先把4的next指標儲存，在3號位置指向5，這完全沒有問題；但問題會發生在第一個節點位置，它沒有前一個節點，那怎麼辦呢？在前面建立連結串列時也說過：沒有頭結點，所以使用虛擬頭結點！

　　程式碼如下：

// 203. Remove Linked List Elements
// https://leetcode.com/problems/remove-linked-list-elements/description/
// 使用虛擬頭結點
// 時間複雜度: O(n)
// 空間複雜度: O(1)
class Solution {
public:
    ListNode* removeElements(ListNode* head, int val) {

        // 建立虛擬頭結點
        ListNode* dummyHead = new ListNode(0);
        dummyHead->next = head;

        ListNode* cur = dummyHead;
        while(cur->next != NULL){
            if(cur->next->val == val){
                ListNode* delNode = cur->next;
                cur->next = delNode->next;
                delete delNode;
            }
            else
                cur = cur->next;
        }

        ListNode* retNode = dummyHead->next;
        delete dummyHead;

        return retNode;
    }
};

　　3、測試

　　測試程式也是上面的連結串列建立和遍歷，程式如下：

#include <iostream>

using namespace std;

///Definition for singly-linked list.
struct ListNode {
    int val;
    ListNode *next;
    ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
};

/// LinkedList Test Helper Functions
ListNode* createLinkedList(int arr[], int n){

    if(n == 0)
        return NULL;

    ListNode* head = new ListNode(arr[0]);
    ListNode* curNode = head;
    for(int i = 1 ; i < n ; i ++){
        curNode->next = new ListNode(arr[i]);
        curNode = curNode->next;
    }

    return head;
}

void printLinkedList(ListNode* head){

    if(head == NULL){
        cout << "NULL" << endl;
        return;
    }

    ListNode* curNode = head;
    while(curNode != NULL){
        cout << curNode->val;
        if(curNode->next != NULL)
            cout << " -> ";
        curNode = curNode->next;
    }

    cout << endl;

    return;
}

void deleteLinkedList(ListNode* head){

    ListNode* curNode = head;
    while(curNode != NULL){
        ListNode* delNode = curNode;
        curNode = curNode->next;
        delete delNode;
    }

    return;
}

// 203. Remove Linked List Elements
// https://leetcode.com/problems/remove-linked-list-elements/description/
// 使用虛擬頭結點
// 時間複雜度: O(n)
// 空間複雜度: O(1)
class Solution {
public:
    ListNode* removeElements(ListNode* head, int val) {

        // 建立虛擬頭結點
        ListNode* dummyHead = new ListNode(0);
        dummyHead->next = head;

        ListNode* cur = dummyHead;
        while(cur->next != NULL){
            if(cur->next->val == val){
                ListNode* delNode = cur->next;
                cur->next = delNode->next;
                delete delNode;
            }
            else
                cur = cur->next;
        }

        ListNode* retNode = dummyHead->next;
        delete dummyHead;

        return retNode;
    }
};

int main() {

    int arr[] = {1, 2, 6, 3, 4, 5, 6};
    int n = sizeof(arr) / sizeof(int);

    ListNode* head = createLinkedList(arr, n);
    printLinkedList(head);

    Solution().removeElements(head, 6);
    printLinkedList(head);

    deleteLinkedList(head);

    return 0;
}
View Code

　　執行結果如下：

　　

 　　總結：

　　希望通過這篇部落格，大家能對基本的連結串列演算法題能輕鬆應對；歡迎點贊，不懂的歡迎隨時評論!多多支援，謝謝！

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