链表

主要考察：指针移动！！！（一定要注意避免操作空指针，理清指针指向）

1. 移除链表元素

题目：

给你一个链表的头节点 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 。

主要考察点：

找到链表中 Node.val == val 的节点（遍历）
删除链表元素

关键点：理清指针指向

思路：

直接操作原链表：头节点则需要单独考虑

例图：

使用虚拟头节点：

例图：

代码：

直接操作原链表

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * function ListNode(val, next) {
 *     this.val = (val===undefined ? 0 : val)
 *     this.next = (next===undefined ? null : next)
 * }
 */
/**
 * @param {ListNode} head
 * @param {number} val
 * @return {ListNode}
 */
var removeElements = function(head, val) {
    let h = head
    let q = h
    while(h != null){
        if(h.val === val){
            if(h === head){
                head = head.next
            }
            else{
                q.next = h.next
                h.next = null
                h = q
            }
        }
        q = h
        h = h.next
    }
    return head
};

使用虚拟头节点

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * function ListNode(val, next) {
 *     this.val = (val===undefined ? 0 : val)
 *     this.next = (next===undefined ? null : next)
 * }
 */
/**
 * @param {ListNode} head
 * @param {number} val
 * @return {ListNode}
 */
var removeElements = function (head, val) {
    let h = new ListNode()
    h.next = head
    let p = h
    while (p.next != null) {
        if (p.next.val === val) {
            p.next = p.next.next
        } else {
            p = p.next
        }
    }
    return h.next
};

2. 设计链表

题目：

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。

主要考察点：

找到下标为 index 的节点（遍历、计数）
头插法
尾插法（找到链表的最后一个元素）
添加元素（找到要添加的位置的前一个元素）
删除元素（找到要删除的位置的前一个元素）

注意点：避免操作空指针！！！

代码：

单链表（仅有首元素地址）

var MyLinkedNode = function (val, next) {
    this.val = val === undefined ? 0 : val
    this.next = next === undefined ? null : next
};
var MyLinkedList = function () {
    this.head = null
};

/** 
 * @param {number} index
 * @return {number}
 */
MyLinkedList.prototype.get = function (index) {
    if (this.head === null)
        return -1
    let p = this.head
    for (let i = 1; i <= index; i++) {
        if (p.next === null)
            return -1
        p = p.next
    }
    return p.val
};

/** 
 * @param {number} val
 * @return {void}
 */
MyLinkedList.prototype.addAtHead = function (val) {
    let h = this.head
    this.head = new MyLinkedNode(val)
    this.head.next = h
};

/** 
 * @param {number} val
 * @return {void}
 */
MyLinkedList.prototype.addAtTail = function (val) {
    if (this.head === null)
        this.head = new MyLinkedNode(val)
    else {
        let p = this.head
        while (p.next !== null) {
            p = p.next
        }
        p.next = new MyLinkedNode(val)
    }
};

/** 
 * @param {number} index 
 * @param {number} val
 * @return {void}
 */
MyLinkedList.prototype.addAtIndex = function (index, val) {
    if (index === 0) {
        this.addAtHead(val)
    }
    else if (this.get(index - 1) != -1) {
        let p = this.head
        for (let i = 1; i <= index - 1; i++) {
            p = p.next
        }
        let q = p.next
        p.next = new MyLinkedNode(val)
        p.next.next = q
    }
};

/** 
 * @param {number} index
 * @return {void}
 */
MyLinkedList.prototype.deleteAtIndex = function (index) {
    if (index === 0) {
        this.head = this.head.next
    }
    else if (this.get(index) != -1) {
        let p = this.head
        for (let i = 1; i <= index - 1; i++) {
            p = p.next
        }
        p.next = p.next.next
    }
};

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

//增加了getNode方法——获取链表中下标为 `index` 的节点。如果下标无效，则返回null。

var MyLinkedNode = function (val, next) {
    this.val = val === undefined ? 0 : val
    this.next = next === undefined ? null : next
};
var MyLinkedList = function () {
    this.head = null
};

MyLinkedList.prototype.getNode = function (index) {
    if (this.head === null)
        return null
    let p = this.head
    for (let i = 1; i <= index; i++) {
        if (p.next === null)
            return null
        p = p.next
    }
    return p
};

/** 
 * @param {number} index
 * @return {number}
 */
MyLinkedList.prototype.get = function (index) {
    let p = this.getNode(index)
    if (p === null)
        return -1
    return p.val
};

/** 
 * @param {number} val
 * @return {void}
 */
MyLinkedList.prototype.addAtHead = function (val) {
    let h = this.head
    this.head = new MyLinkedNode(val)
    this.head.next = h
};

/** 
 * @param {number} val
 * @return {void}
 */
MyLinkedList.prototype.addAtTail = function (val) {
    if (this.head === null)
        this.head = new MyLinkedNode(val)
    else {
        let p = this.head
        while (p.next !== null) {
            p = p.next
        }
        p.next = new MyLinkedNode(val)
    }
};

/** 
 * @param {number} index 
 * @param {number} val
 * @return {void}
 */
MyLinkedList.prototype.addAtIndex = function (index, val) {
    if (index === 0) {
        this.addAtHead(val)
    }
    else {
        let p = this.getNode(index - 1)
        if (p != null) {
            let q = p.next
            p.next = new MyLinkedNode(val)
            p.next.next = q
        }
    }
};

/** 
 * @param {number} index
 * @return {void}
 */
MyLinkedList.prototype.deleteAtIndex = function (index) {
    if (index === 0) {
        this.head = this.head.next
    }
    else {
        let p = this.getNode(index - 1)
        if (p != null && p.next != null) {
            p.next = p.next.next
        }
    }
};

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

双向链表（仅有首元素地址）

//增加了getNode方法——获取链表中下标为 `index` 的节点。如果下标无效，则返回null。

var MyLinkedNode = function (val, next, prev) {
    this.val = val === undefined ? 0 : val
    this.next = next === undefined ? null : next
    this.prev = prev === undefined ? null : prev
};
var MyLinkedList = function () {
    this.head = null
};

MyLinkedList.prototype.getNode = function (index) {
    if (this.head === null)
        return null
    let p = this.head
    for (let i = 1; i <= index; i++) {
        if (p.next === null)
            return null
        p = p.next
    }
    return p
};

/** 
 * @param {number} index
 * @return {number}
 */
MyLinkedList.prototype.get = function (index) {
    let p = this.getNode(index)
    if (p === null)
        return -1
    return p.val
};

/** 
 * @param {number} val
 * @return {void}
 */
MyLinkedList.prototype.addAtHead = function (val) {
    if (this.head === null) {
        this.head = new MyLinkedNode(val)
    } else {
        let h = this.head
        this.head = new MyLinkedNode(val)
        this.head.next = h
        h.prev = this.head
    }
};

/** 
 * @param {number} val
 * @return {void}
 */
MyLinkedList.prototype.addAtTail = function (val) {
    if (this.head === null)
        this.head = new MyLinkedNode(val)
    else {
        let p = this.head
        while (p.next !== null) {
            p = p.next
        }
        p.next = new MyLinkedNode(val)
        p.next.prev = p
    }
};

/** 
 * @param {number} index 
 * @param {number} val
 * @return {void}
 */
MyLinkedList.prototype.addAtIndex = function (index, val) {
    if (index === 0) {
        this.addAtHead(val)
    }
    else {
        let p = this.getNode(index - 1)
        if (p != null) {
            let q = p.next
            p.next = new MyLinkedNode(val)
            p.next.prev = p
            p.next.next = q
            if (q != null)
                q.prev = p.next
        }
    }
};

/** 
 * @param {number} index
 * @return {void}
 */
MyLinkedList.prototype.deleteAtIndex = function (index) {
    if (index === 0 && this.head != null) {
        this.head = this.head.next
        if (this.head != null) {
            this.head.prev.next = null
            this.head.prev = null
        }
    }
    else {
        let p = this.getNode(index)
        if (p != null) {
            p.prev.next = p.next
            if (p.next != null) {
                p.next.prev = p.prev
                p.next = null
            }
            p.prev = null
        }
    }
};

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

3. 反转链表

题目：

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。

思路：头插法

反转链表.png

代码：

p 指向将要反转的节点（遍历节点），

q 指向反转后的链表的首元素，

t 指向剩余节点，以便第三步，防止数据丢失。

双指针法

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * function ListNode(val, next) {
 *     this.val = (val===undefined ? 0 : val)
 *     this.next = (next===undefined ? null : next)
 * }
 */
/**
 * @param {ListNode} head
 * @return {ListNode}
 */
var reverseList = function (head) {
    let p = head
    let q = null
    while (p != null) {
        let t = p.next
        p.next = q
        q = p
        p = t
    }
    return q
};

递归法

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * function ListNode(val, next) {
 *     this.val = (val===undefined ? 0 : val)
 *     this.next = (next===undefined ? null : next)
 * }
 */
/**
 * @param {ListNode} head
 * @return {ListNode}
 */

var reverse = function (p, q) {
    if (p === null)
        return q
    let t = p.next
    p.next = q
    return reverse(t, p)
}
var reverseList = function (head) {
    return reverse(head, null)
};

4. 两两交换链表中的节点

题目：

给你一个链表，两两交换其中相邻的节点，并返回交换后链表的头节点。你必须在不修改节点内部的值的情况下完成本题（即，只能进行节点交换）。

模拟过程：

使用虚拟头节点，避免特殊情况（首次交换）

两两交换链表的节点.png

代码：

p用来遍历链表，指向要交换的两个节点的前一个节点，每次移动两个节点；

t1指向要交换的两个节点中的后一个节点，以便第三步，防止数据丢失；

t2指向要交换的两个节点的后一个节点，以便第二步，防止数据丢失。

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * function ListNode(val, next) {
 *     this.val = (val===undefined ? 0 : val)
 *     this.next = (next===undefined ? null : next)
 * }
 */
/**
 * @param {ListNode} head
 * @return {ListNode}
 */
var swapPairs = function (head) {
    let h = new ListNode(0, head)
    let p = h
    while (p.next != null && p.next.next != null) {
        let t1 = p.next.next
        let t2 = t1.next
        t1.next = p.next
        p.next.next = t2
        p.next = t1
        p = p.next.next
    }
    return h.next
};

5. 删除链表的倒数第 N 个结点

题目：

给你一个链表，删除链表的倒数第 n 个结点，并且返回链表的头结点。

主要考察点：

找到链表的倒数第N个节点
删除链表元素

思路：

快慢指针法，利用对称性。

fast 先走n个节点，然后 fast 和 slow 再一起走，直至 fast 走到尽头，则此时 slow 所指向的节点即为要删除的节点（倒数第N个节点）。

由于删除链表元素需要找其前一个节点，所以这里只需让 fast 先走 n+1 个节点即可。

依旧使用虚拟头节点，避免特殊情况（首元素）。

删除链表的倒数第N个节点.png

代码：

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * function ListNode(val, next) {
 *     this.val = (val===undefined ? 0 : val)
 *     this.next = (next===undefined ? null : next)
 * }
 */
/**
 * @param {ListNode} head
 * @param {number} n
 * @return {ListNode}
 */
var removeNthFromEnd = function (head, n) {
    let h = new ListNode(0, head)
    let fast = h, slow = h
    n++
    while (n-- && fast != null) {
        fast = fast.next
    }
    while (fast != null) {
        fast = fast.next
        slow = slow.next
    }
    slow.next = slow.next.next
    return h.next
};

6. 环形链表 II

题目：

给定一个链表的头节点 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。

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）。如果 pos 是 -1，则在该链表中没有环。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。

不允许修改 链表。

主要考察点：

判断链表是否有环
如果有环，如何找到这个环的入口节点

思路：快慢指针法。

让 fast 指针每次移动两个节点，slow 指针每次移动一个节点。

判断链表是否有环（ fast 和 slow 指针能否相遇）

假设链表有环，

当 fast 和 slow 指针都进入环后，fast 则相对 slow 以一个节点的速度追赶（相对位移—— slow 静止，fast 追赶），所以必然会相遇，且相遇时 slow 指针还在进入环的第一圈。

故，若 fast 和 slow 指针能够相遇，则说明链表有环；反之，则说明无环。
如果有环，如何找到这个环的入口节点

显然：x + y = (x + y + n * (y + z)) / 2 得：x = (n - 1) * (y + z) + z （n >= 1）

当 n = 1 时，有：x = z，即：

分别从头结点、相遇节点出发一个指针，这两个指针每次移动一个节点，那么这两个指针将在环形入口节点处相遇。

当 n > 1 时，则为 fast 指针在环形内转 n 圈之后才遇到 slow 指针。

这种情况和 n = 1 的时候其实是一样的，只不过，从相遇节点出发的指针在环里多转了 (n-1) 圈后才遇到从头结点出发的指针，相遇点依然是环形的入口节点。

代码：

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * function ListNode(val) {
 *     this.val = val;
 *     this.next = null;
 * }
 */

/**
 * @param {ListNode} head
 * @return {ListNode}
 */
var detectCycle = function (head) {
    let fast = head, slow = head
    while (fast != null && fast.next != null) {
        fast = fast.next.next
        slow = slow.next
        if (fast === slow) {
            let index1 = fast, index2 = head
            while (index1 !== index2) {
                index1 = index1.next
                index2 = index2.next
            }
            return index1
        }
    }
    return null
};

链表模块算法题

链表

1. 移除链表元素

2. 设计链表

3. 反转链表

4. 两两交换链表中的节点

5. 删除链表的倒数第 N 个结点

6. 环形链表 II