【LC】反转链表, 相交链表, 环形链表

╰半橙微兮° 2023-09-26 10:09 54阅读 0赞

![在这里插入图片描述][078b66f87e3c4e309d7f34d79c5776c4.gif_pic_center]✨**博客主页:**[ **XIN-XIANG荣**][_XIN-XIANG]  
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#### 文章目录 ####

*  1. 反转链表(lc206)
 *   *  题目描述:
     *  解题思路：
     *  代码实现：
     *  提交结果：
 *  2. 反转双链表
 *  3. 相交链表(lc160)
 *   *  题目描述:
     *  解题思路：
     *  代码实现：
     *  提交结果：
 *  4. 环形链表(lc141)
 *   *  题目描述:
     *  解题思路：
     *  代码实现：
     *  提交结果：
 *  5. 环形链表||(lc142)
 *   *  题目描述:
     *  解题思路：
     *  代码实现：
     *  提交结果：

## 1. 反转链表(lc206) ##

### 题目描述: ###

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。

![img][]

**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

**来源**：力扣（LeetCode）

**链接**：[https://leetcode.cn/problems/reverse-linked-list][https_leetcode.cn_problems_reverse-linked-list]

### 解题思路： ###

遍历链表 , 将链表的第一个节点当作新链表的头节点 , 将其他节点完成头插操作即可 , 要注意的是节点的头插操作要改变节点中指针域引用的指向 , 所以在完成头插操作前 , 需要先记录下一个节点的位置 , 否则会与下一个节点失联 .

### 代码实现： ###

/**
     * Definition for singly-linked list.
     * public class ListNode {
     *     int val;
     *     ListNode next;
     *     ListNode() {}
     *     ListNode(int val) { this.val = val; }
     *     ListNode(int val, ListNode next) { this.val = val; this.next = next; }
     * }
     */
    class Solution {
        
        public ListNode reverseList(ListNode head) {
        
            //判断是否为空链表
            if(head == null) {
        
                return null;
            }
            //链表中是否只有一个节点
            if(head.next == null) {
        
                return head;
            }
            ListNode cur = head.next;
            head.next = null;
            //从第二个节点开始进行头插
            while(cur != null) {
        
                //记录下一个节点
                ListNode curNext = cur.next;
                cur.next = head;
                head = cur;
                cur = curNext;
            }
            return head;
        }
    }

其他写法:  
这里与上面的写法稍有不同, 不过核心思路是一样的.

class Solution {
        
        public ListNode reverseList(ListNode head) {
        
            ListNode cur = head;
            ListNode prev = null;
            ListNode curNext = null;
            while (cur != null) {
        
                curNext = cur.next;
                cur.next = prev;
                prev = cur;
                cur = curNext;
            }
            return prev;
        }
    }

### 提交结果： ###

![img][img 1]

## 2. 反转双链表 ##

反转双向链表和单链表的反转类似, 只是每个节点要多处理一次每个节点的前驱指针.

实现代码如下:

public class DoubleNode {
        
    	public int value;
    	public DoubleNode last;
    	public DoubleNode next;
    
    	public DoubleNode(int data) {
        
    		value = data;
    	}
    
    	public static DoubleNode reverseDoubleList(DoubleNode head) {
        
    		DoubleNode cur = head;
    		DoubleNode prev = null;
    		DoubleNode curNext = null;
    		while (cur != null) {
        
    			curNext = cur.next;
    			cur.next = prev;
    			cur.last = curNext;
    			prev = cur;
    			cur = curNext;
    		}
    		return prev;
    	}
    }

## 3. 相交链表(lc160) ##

### 题目描述: ###

给你两个单链表的头节点 headA 和 headB ，请你找出并返回两个单链表相交的起始节点。如果两个链表不存在相交节点，返回 null 。

图示两个链表在节点 c1 开始相交：

![img][img 2]

题目数据 **保证** 整个链式结构中不存在环。

**注意**，函数返回结果后，链表必须 **保持其原始结构** 。

**自定义评测**：

**评测系统** 的输入如下（你设计的程序 **不适用** 此输入）：

*  intersectVal - 相交的起始节点的值。如果不存在相交节点，这一值为 0
 *  listA - 第一个链表
 *  listB - 第二个链表
 *  skipA - 在 listA 中（从头节点开始）跳到交叉节点的节点数
 *  skipB - 在 listB 中（从头节点开始）跳到交叉节点的节点数

评测系统将根据这些输入创建链式数据结构，并将两个头节点 headA 和 headB 传递给你的程序。如果程序能够正确返回相交节点，那么你的解决方案将被 **视作正确答案** 。

**示例 1**：

![img][img 3]

输入：intersectVal = 8, listA = \[4,1,8,4,5\], listB = \[5,6,1,8,4,5\], skipA = 2, skipB = 3

输出：Intersected at ‘8’

解释：相交节点的值为 8 （注意，如果两个链表相交则不能为 0）。

从各自的表头开始算起，链表 A 为 \[4,1,8,4,5\]，链表 B 为 \[5,6,1,8,4,5\]。

在 A 中，相交节点前有 2 个节点；在 B 中，相交节点前有 3 个节点。

— 请注意相交节点的值不为 1，因为在链表 A 和链表 B 之中值为 1 的节点 (A 中第二个节点和 B 中第三个节点) 是不同的节点。换句话说，它们在内存中指向两个不同的位置，而链表 A 和链表 B 中值为 8 的节点 (A 中第三个节点，B 中第四个节点) 在内存中指向相同的位置。

**示例 2**：

![img][img 4]

输入：intersectVal = 2, listA = \[1,9,1,2,4\], listB = \[3,2,4\], skipA = 3, skipB = 1

输出：Intersected at ‘2’

解释：相交节点的值为 2 （注意，如果两个链表相交则不能为 0）。

从各自的表头开始算起，链表 A 为 \[1,9,1,2,4\]，链表 B 为 \[3,2,4\]。

在 A 中，相交节点前有 3 个节点；在 B 中，相交节点前有 1 个节点。

**示例 3**：

![img][img 5]

输入：intersectVal = 0, listA = \[2,6,4\], listB = \[1,5\], skipA = 3, skipB = 2

输出：null

解释：从各自的表头开始算起，链表 A 为 \[2,6,4\]，链表 B 为 \[1,5\]。

由于这两个链表不相交，所以 intersectVal 必须为 0，而 skipA 和 skipB 可以是任意值。

这两个链表不相交，因此返回 null 。

**提示**：

listA 中节点数目为 m

listB 中节点数目为 n

1 <= m, n <= 3 \* 104

1 <= Node.val <= 105

0 <= skipA <= m

0 <= skipB <= n

如果 listA 和 listB 没有交点，intersectVal 为 0

如果 listA 和 listB 有交点，intersectVal == listA\[skipA\] == listB\[skipB\]

**进阶**：你能否设计一个时间复杂度 O(m + n) 、仅用 O(1) 内存的解决方案？

**来源**：力扣（LeetCode）

**链接**：[https://leetcode.cn/problems/intersection-of-two-linked-lists][https_leetcode.cn_problems_intersection-of-two-linked-lists]

### 解题思路： ###

两个链表的相交节点的引用一定是相同的 , 题目需要我们找到这个节点并返回 ;

可以这样实现 , 先分别求出两个链表的长度并求出两个链表长度的差值len , 声明引用 pl(指向长链表) 和 ps(指向短链表) , 让pl先走len步 , 此时再让pl和ps同时走 , 如果 pl 和 ps 相等且不为null , 那么此时就找到了相交的节点 .

### 代码实现： ###

/**
     * Definition for singly-linked list.
     * public class ListNode {
     *     int val;
     *     ListNode next;
     *     ListNode(int x) {
     *         val = x;
     *         next = null;
     *     }
     * }
     */
    public class Solution {
        
        public ListNode getIntersectionNode(ListNode headA, ListNode headB) {
        
           //求出两个链表的长度并进行比较
            int lenA = 0;
            int lenB = 0;
            ListNode pl = headA;//pl指向长链表
            ListNode ps = headB;//ps指向短链表
            while(pl != null) {
        
                pl = pl.next;
                lenA++;
            }
            while(ps != null) {
        
                ps = ps.next;
                lenB++;
            }
            pl = headA;
            ps = headB;
            
            int len = lenA - lenB;
            if(len < 0) {
        
                pl = headB;
                ps = headA;
                len = lenB- lenA;
            }
            //让较长链表先走len步
            while(len > 0) {
        
                pl = pl.next;
                len--;
            }
            //此时pl和ps同时走
            while(pl != ps) {
        
                ps = ps.next;
                pl = pl.next;
            }
            if(pl != null) {
        
                return pl;
            }
            return null;
        }
    }

### 提交结果： ###

![img][img 6]

## 4. 环形链表(lc141) ##

### 题目描述: ###

给你一个链表的头节点 head ，判断链表中是否有环。

如果链表中有某个节点，可以通过连续跟踪 next 指针再次到达，则链表中存在环。 为了表示给定链表中的环，评测系统内部使用整数 pos 来表示链表尾连接到链表中的位置（**索引从 0 开始**）。**注意：pos 不作为参数进行传递** 。仅仅是为了标识链表的实际情况。

如果链表中存在环 ，则返回 true 。 否则，返回 false 。

**示例 1**：

![img][img 7]

输入：head = \[3,2,0,-4\], pos = 1

输出：true

解释：链表中有一个环，其尾部连接到第二个节点。

**示例 2**：

![img][img 8]

输入：head = \[1,2\], pos = 0

输出：true

解释：链表中有一个环，其尾部连接到第一个节点。

**示例 3**：

![img][img 9]

输入：head = \[1\], pos = -1

输出：false

解释：链表中没有环。

**提示**：

链表中节点的数目范围是 \[0, 10 ^ 4\]

\-105 <= Node.val <= 105

pos 为 -1 或者链表中的一个 有效索引 。

**来源**：力扣（LeetCode）

**链接**：[https://leetcode.cn/problems/linked-list-cycle][https_leetcode.cn_problems_linked-list-cycle]

### 解题思路： ###

快慢指针，即慢指针一次走一步，快指针一次走两步，两个指针同时从链表起始位置移动，快指针一次移动两个节点 , 慢指针一次移动一个节点 , 如果链表带环则一定会在环中相遇 ; 否则快指针率先走到链表的末尾 , 此时表明链表不带环。

这里在解释一下为什么两个指针一定会在环中相遇 , 如果环存在的话 , 那么快指针一定先比慢指针先进入环 , 当慢指针进入环后 , 此时两个指针不管相差多少个节点 , 每次移动快指针走两步 , 慢指针走一步, 这样每次移动两个震指针之间的距离都会缩小一步 , 最终一定会相遇 (想象生活中在操场跑步) .

【扩展思考】:

*  **为什么快指针每次走两步，慢指针走一步可以实现相遇, 快指针设置为一次走3步，走4步，…n步可以吗？**

假设链表带环，两个指针最后都会进入环，快指针先进环，慢指针后进环。当慢指针刚进环时，可能就和快 指针相遇了，最差情况下两个指针之间的距离刚好就是环的长度。此时，两个指针每移动一次，之间的距离 就缩小一步，不会出现每次刚好是套圈的情况，因此：在满指针走到一圈之前，快指针肯定是可以追上慢指 针的，即相遇。

![img][img 10]

所以我们这里最好将快指针的步长设置为2步, 防止套圈情况的出现 .

### 代码实现： ###

/**
     * Definition for singly-linked list.
     * class ListNode {
     *     int val;
     *     ListNode next;
     *     ListNode(int x) {
     *         val = x;
     *         next = null;
     *     }
     * }
     */
    public class Solution {
        
        public boolean hasCycle(ListNode head) {
        
            ListNode fast = head;
            ListNode slow = head;
            while(fast != null && fast.next != null) {
        
                fast = fast.next.next;
                slow = slow.next;
                if(fast == slow) {
        
                    return true;
                }
            }
            return false;
         }
    }

### 提交结果： ###

![img][img 11]

## 5. 环形链表||(lc142) ##

### 题目描述: ###

给你一个链表的头节点 head ，返回链表开始入环的第一个节点。 如果链表无环，则返回null。

**不允许修改** 链表。

**示例 1**：

![img][img 7]

输入：head = \[3,2,0,-4\], pos = 1

输出：返回索引为 1 的链表节点

解释：链表中有一个环，其尾部连接到第二个节点。

**示例 2**：

![img][img 8]

输入：head = \[1,2\], pos = 0

输出：返回索引为 0 的链表节点

解释：链表中有一个环，其尾部连接到第一个节点。

**示例 3**：

![img][img 9]

输入：head = \[1\], pos = -1

输出：返回 null

解释：链表中没有环。

**提示**：

链表中节点的数目范围是 \[0, 10 ^ 4\]

\-105 <= Node.val <= 105

pos 为 -1 或者链表中的一个 有效索引 。

**来源**：力扣（LeetCode）

**链接**：[https://leetcode.cn/problems/linked-list-cycle][https_leetcode.cn_problems_linked-list-cycle]

### 解题思路： ###

![img][img 12]

**说明:**

在存在环的情况下, H为链表的起始点，E为环入口点，M为快慢指针在环中的相遇点

**设:**

环的长度为R，H到E的距离为L ; E到M的距离为X

则M到E的距离为R-X

所以，快慢指针相遇时各自所走的路径长度:

**fast: L +X +nR**

**slow: L + x**

**注意:**

1.当慢指针进入环时，快指针可能已经在环中绕了n圈了，n至少为1 , 因为快指针先进环走到M的位置(此时慢指针还在还没有到过M)，两个指针最后又在M的位置相遇 ;

2.慢指针进环之后，快指针肯定会在慢指针走一圈之内追上慢指针 , 因为慢指针进环后，快慢指针之间的距离最多就是环的长度，而两个指针在移动时，每次它们至今的距离都缩减一步，因此在慢指针移动一圈之前快指针肯定是可以追上慢指针的 .

而**快指针速度是满指针的两倍**，因此有如下关系是:

**2\*(L+ X) =L+ X + nR**

**L+ X = nR**

**L = nR - X**

所以我们**让一个指针从链表起始位置运行，一个指针从相遇点位置绕环，每次都走一步，两个指针最终会在入口点的位置相遇** (这里可能不好理解 , 可以看下面的图理解一下)

![img][img 13]

### 代码实现： ###

/**
     * Definition for singly-linked list.
     * class ListNode {
     *     int val;
     *     ListNode next;
     *     ListNode(int x) {
     *         val = x;
     *         next = null;
     *     }
     * }
     */
    public class Solution {
        
        public ListNode detectCycle(ListNode head) {
        
            ListNode fast = head;
            ListNode slow = head;
            while(fast != null && fast.next != null) {
        
                fast = fast.next.next;
                slow = slow.next;
                if(fast == slow) {
        
                    break;
                }
            }
            if(fast == null || fast.next == null) {
        
                return null;
            }
            //找到入口点
            while(head != fast) {
        
                head = head.next;
                fast = fast.next;
            }
            return fast;
        }
    }

### 提交结果： ###

![img][img 14]

[078b66f87e3c4e309d7f34d79c5776c4.gif_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/078b66f87e3c4e309d7f34d79c5776c4.gif#pic_center
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[LeetCode]: https://blog.csdn.net/trong_/category_11990219.html?spm=1001.2014.3001.5482
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[https_leetcode.cn_problems_reverse-linked-list]: https://leetcode.cn/problems/reverse-linked-list
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[img 5]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/3779a2f9a27c428938c834e4021f3f98.png
[https_leetcode.cn_problems_intersection-of-two-linked-lists]: https://leetcode.cn/problems/intersection-of-two-linked-lists
[img 6]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/216544db6784c61557817e5747628bb8.png
[img 7]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/ebe4d627cdb2790aee61db092fa77074.png
[img 8]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/5514d05f86fe5871f4920b414699841a.png
[img 9]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/6653327dcc49e7f9ce5ae38ca29f81dc.png
[https_leetcode.cn_problems_linked-list-cycle]: https://leetcode.cn/problems/linked-list-cycle
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[img 14]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/ce264b64ad0a65b01b681a243f9f03be.png