冰冰学习笔记：这些链表练习题，你会吗？（中）

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冰冰学习笔记：这些链表练习题，你会吗？（上）

前言

前面的一篇文章我们主要讲解了链表习题中的双指针思想，例如快慢指针，今天我们还要学一下其他的解题思想。正如杭哥所言，第一难的是找到解决问题的思路，然后是解决方案是否能普世运用，适应各种极端场景。下面我们接着盘那些链表题。

1.链表中倒数第K个结点

题目链接：链表中倒数第k个结点_牛客题霸_牛客网 (nowcoder.com)

题目描述：输入一个链表，输出该链表中倒数第k个结点。

该题目的意思就是接收两个参数，一个参数为K，代表返回数组的结点位置，另一个参数为链表。

例如，链表：1，2，3，4，5。K为2，则返回链表中的倒数第2个结点，即返回存储元素4的链表地址，输出即为4，5。

（1）暴力求解

暴力求解的方法是我们最先想到的方法，这也是我们的底线，当我们想不到其他更好的方法的时候，自己也能解决这道题目。

暴力求解就是我先遍历链表找到链表结点个数count，然后pos=count-k得到需要倒数第k个结点与头节点相差的步数，然后通过循环走到pos的位置，返回该节点的地址即可。

但是这个题还要注意一些特殊情况。

情况一：链表为NULL，链表是空链表，没有元素，怎么返回呢？返回NULL指针。

情况二：K过大，K大于元素个数count，无法返回，此时应该返回NULL指针。

情况三：K为0，返回倒数第0个结点？应该返回NULL指针。

剩下的情况才是我们一开始分析的状况。

全部考虑之后开始写代码：

先考虑情况一和情况三，这两个直接用if语句进行排查即可。由于在普通情况下我们需要得到count的大小 ，那时在判断第二种情况。

struct ListNode* FindKthToTail(struct ListNode* pListHead, int k)
{
   
    struct ListNode* cur = pListHead;
    //排查链表是否为空
    if ( cur == NULL )
    {
        return cur;
    }
    //排查k是否为0
    else if ( k == 0 )
    {
        return NULL;
    }
    //普通情况
    else
    {
        int count = 0;
        while ( cur != NULL )
        {
            cur = cur->next;
            count++;
        }
        //排查k是否大于链表长度
        if ( k > count )
        {
            return NULL;
        }
        int pos = count - k;
        cur = pListHead;
        while ( pos )
        {
            cur = cur->next;
            pos--;
        }
        return cur;
    }

我们发现此种方式写完代码后，我们对代码遍历了两遍，能否遍历一遍就找到呢？答案是可以的，我们来看第二种解法。

（2）快慢指针变体形式，先走k步

这种方式也是快慢指针的形式，创建两个指针，一个指针先走k步，然后两个指针一起走，当先走的快指针走到链表最后的时候，慢指针则走到了倒数第k个结点的位置，然后返回慢指针指向的地址即为所求。此时会发现，我们对链表仅仅遍历了一遍就解决了问题。

当然，前面所讲的特殊情况我们也得考虑进去，在考虑情况二的时候我们放在fast指针先走k步的时候，如果循环还没跳出，fast已经指向NULL了，则说明k的长度是大于整体长度，直接返回NULL。

因此代码如下：

struct ListNode* FindKthToTail(struct ListNode* pListHead, int k)
{
    struct ListNode* fast = pListHead;
    struct ListNode* slow = pListHead;
    //排查链表是否为空以及k是否为0
    if ( slow == NULL || k==0)
    {
        return NULL;
    }
    else
    {
        while ( k-- )
        {
            //排查k是否大于链表长度
            if ( fast == NULL )
            {
                return NULL;
            }
            fast = fast->next;
        }
        while ( fast != NULL )
        {
            fast = fast->next;
            slow = slow->next;
        }
        return slow;  
    }
}

2.合并两个有序链表

题目链接：21. 合并两个有序链表 - 力扣（LeetCode） (leetcode-cn.com)

题目描述：将两个升序链表合并为一个新的 升序 链表并返回。新链表是通过拼接给定的两个链表的所有节点组成的。

该题目和我们以前做的合并两个有序数组的题目类似，只不过此时合并的是链表。例如，链表A：1，3，5，7，9。链表B：2，4，6，8。将两个链表合并之后得到新链表：1，2，3，4，5，6，7，8，9。

在这里我们使用的思想就是归并，即从头开始比较两个链表，取较小值尾插到新链表中。当任一方指向NULL时结束循环，然后判断二者是否为空，将不为空的直接链接在新链表后方，由于本身就为有序链表，因此连接后一定是有序的链表。

分析过后，代码如下所示：

struct ListNode* mergeTwoLists(struct ListNode* list1, struct ListNode* list2)
{
    struct ListNode* n1 = list1;
    struct ListNode* n2 = list2;
    struct ListNode* tail = NULL;
    struct ListNode* newnode = (struct ListNode*)malloc(sizeof(struct ListNode));
    newnode->next = NULL;
    tail = newnode;
  
    while ( n1 && n2 )
    {
        if ( n1->val <= n2->val )
        {
            tail->next = n1;
            n1 = n1->next;
            tail = tail->next;
        }
        else
        {
            tail->next = n2;
            n2 = n2->next;
            tail = tail->next;
        }
    }
    //连接剩余元素
    if ( n1 )
    {
        tail->next = n1;
    }
    else
    {
        tail->next = n2;
    }
    struct ListNode* tmp = newnode;
    newnode = tmp->next;
    free(tmp);
    return newnode;

}

由于我们创建了头节点，因此不用去单独考虑链表有空的情况。我们创建tail指针保存每次尾插后的地址，方便我们下一次尾插。切记最后一定要释放开辟的头结点，避免照成内存泄漏。

值得注意的是，我们的连接剩余元素不需要像数组那样一个元素一个元素的连接，只需要一步连接即可。

3.链表分割

题目链接：链表分割_牛客题霸_牛客网 (nowcoder.com)

题目描述：现有一链表的头指针 ListNode* pHead，给一定值x，编写一段代码将所有小于x的结点排在其余结点之前，且不能改变原来的数据顺序，返回重新排列后的链表的头指针。

什么意思呢？简单来说就是将一个链表分成两部分，一部分小于x一部分x。例如链表A：1，3，6，5，2，8。给定分割值x为4，那么链表就被分割成1，3，2和6，5，8两个部分，最终链表将变为1，3，2，6，5，8。但是相对顺序并没有改变，6本来就在5的前面，分割完还是在前面。只是将小于4的放在链表前面，大于等于4的放在了链表后面。

那么这个题怎么做呢？其实题目就给了我们提示，题目告知我们更改后链表前面是小于x的，后面是大于等于x的。那么我们就可以将链表分成两部分进行操作，遍历链表，将链表中小于x的结点尾插一个新链表，大于等于x的结点尾插一个新链表。

在cur指向NULL之后循环停止，最终将得到两个新链表：

1，3，2和6，5，8。

然后我们将head1的末尾与head2的开头相连接，则得到我们重新排序的链表。

这样就结束了吗？

我们看下面这种情况，当链表元素为1，3，8，5，6，2 的时候，通过我们上述的方法将会变成两个链表：1，3，2和8，5，6。然后将其链接到一起，结果却跑不过去。

为什么呢？

因为我们分割完后，head2中最后一个元素为6，6所在结点指向2所在的结点，无意之中链表形成了一个环。

所以我们要注意：在循环停止后，先对head2的尾部进行处理，再连接到一起，形成一整个链表。

代码如下：

struct ListNode* partition(struct ListNode* pHead, int x)
{
    // 判断是否为空链表
    if ( pHead == NULL )
    {
        return pHead;
    }
    struct ListNode* head1 = (struct ListNode*)malloc(sizeof(struct ListNode));
    struct ListNode* head2 = (struct ListNode*)malloc(sizeof(struct ListNode));
    struct ListNode* tail1 = head1;
    struct ListNode* tail2 = head2;
    head1->next = NULL;
    head2->next = NULL;
    struct ListNode *cur = pHead;
    //尾插链表
    while ( cur != NULL )
    {
        if ( cur->val < x )
        {
            tail1->next = cur;

            tail1 = tail1->next;
        }
        else//依据题意不用单独考虑相等情况
        {
            tail2->next = cur;

            tail2 = tail2->next;
        }
        cur = cur->next;
    }
    tail1->next = head2->next;
    //将大的一端尾部置空，避免形成环状
    tail2->next = NULL;

    struct ListNode* tmp = head1->next;
    free(head1);
    free(head2);
    return tmp;
}

4.链表相交

题目链接：160. 相交链表 - 力扣（LeetCode） (leetcode-cn.com)

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。

我们可以将题目分解为两部分进行理解，首先判断链表是否相交，如何判断链表是否相交呢？

我们知道，如果两个链表相交，那么链表的后面一定是相同的，相交的链表不会是交叉型的，因为next只能指向一个结点。

那怎么判断链表相交呢？很简单，既然相交的链表后面是相同的，那我们直接遍历链表，找到两个链表的最后一个结点，判断结点的地址是否相同，如果相同则说明链表相交，如果不同则不相交。

然后我们在寻找链表的第一个相交的结点。我们最先想到的就是将两个链表的每个结点都进行一一比较，找到第一次相同的地址即可，但是，这种算法的复杂度是有可能达到O(N^2)的，不可取。

下面我们介绍一个O(N)的算法。

首先我们先找到List1和List2的长度len1，len2。然后求得两长度的差值gap，再让长的链表先走差值gap步 ，然后两个链表在一起遍历，逐个地址进行比较，第一次相同的即为第一个交点。

具体过程如下所示：

当然，链表为空的情况我们需要提前判断。

具体代码如下：

struct ListNode* getIntersectionNode(struct ListNode* headA, struct ListNode* headB)
{
    if ( headA == NULL || headB == NULL )
    {
        return NULL;
    }
    struct ListNode* curA = headA;
    struct ListNode* curB = headB;
    int lenA = 1, lenB = 1;
    //找尾结点并计算链表长度
    while ( curA->next != NULL )
    {
        curA = curA->next;
        lenA++;
    }
    while ( curB->next != NULL )
    {
        curB = curB->next;
        lenB++;
    }
    //判断尾结点是否相同，相同则为有交点
    if ( curA != curB )
    {
        return NULL;
    }
    //判断长短
    struct ListNode* shortlen = headA;
    struct ListNode* longlen = headB;
    if ( lenA > lenB )
    {
        shortlen = headB;
        longlen = headA;
    }
    int gap = abs(lenA - lenB);
    //让长的先走差值步
    while ( gap-- )
    {
        longlen = longlen->next;
    }
    //找第一个交点
    while ( longlen != shortlen )
    {
        longlen = longlen->next;
        shortlen = shortlen->next;
    }
    return shortlen;
}

代码中我们在寻找尾结点的同时计算出了链表长度，由于我们寻找的是尾结点，而并非NULL，所以判定条件为cur->next不为NULL才进入循环内部，但是这样求的长度会比原链表少1。所以我们在定义len的时候直接将其初始化为1。

判断长短我们没有直接使用len的长度来判断，而是新定义两个变量shortlen和longlen进行后续的操作，使代码会变的更加易读。

5.环形链表

题目链接：141. 环形链表 - 力扣（LeetCode） (leetcode-cn.com)

题目描述：给你一个链表的头节点

head

，判断链表中是否有环。

看着题目描述很简单，就是去判断链表有没有环，简单我们只需要记录一下结点就行了，然后遍历链表，当指针再次回到记录的点时就证明链表有环。可以是可以，但是我们要记录的结点就多了，时间复杂度也会很大。

此时还会有人说，简单啊，有环的链表没有NULL，没环的有NULL，判断哪个有NULL不久完了！

额，没环的确实遇到NULL循环停下来了，有环的怎么停呢？这步死循环了吗？出不来呀，难不成程序崩溃了就证明他有环？这肯定不行。那有没有其他的办法呢？

有，采用快慢指针。

什么意思呢？我们设定两个指针，慢指针slow每次走一步，快指针fast每次走两步。循环条件就是fast以及fast->next不为NULL，如果遇到NULL则说明链表不为环状，跳出循环，返回false。

如果存在环状，则两个指针最终都会进入环状中，这时就演变为一个追及问题，快指针将会在若干步数后追到慢指针，然后两个指针相遇，返回ture。

具体过程如下：

代码其实很简单就是在快慢指针基础上加上判断即可。

bool hasCycle(struct ListNode *head) {

    struct ListNode *fast=head,*slow=head;
    while(fast&&fast->next)
    {
        fast=fast->next->next;
        slow=slow->next;
        if(fast==slow)
        {
            return true;
        }
    }
    return false;
}

6.链表的回文结构

题目链接：链表的回文结构_牛客题霸_牛客网 (nowcoder.com)

题目描述：

对于一个链表，请设计一个时间复杂度为O(n),额外空间复杂度为O(1)的算法，判断其是否为回文结构。给定一个链表的头指针A，请返回一个bool值，代表其是否为回文结构。保证链表长度小于等于900。

什么是回文结构，就是判断这个链表是否对称。例如一个链表1，2，3，2，1。链表对称是回文结构，链表，1，2，3，3，2。链表不对称，不是回文结构。

那怎么判断呢？有的人会将链表的val拷贝到数组中，然后利用双指针判断，但是我们需要额外开辟空间来存放这n个元素，所以便超过了空间复杂度O(1)。

所以我们想到了这样一个解法，先找到链表的中间结点，然后反转后半部分链表，最后一一对比。

反转链表以及寻找中间结点的办法我们之前都讲过了，此时直接拿来复用即可。

我们要注意什么时候停止比较？当指向链表开头的指针与指向链表中间的指针遍历都指向NULL的时候就停止遍历比较。后半部分好理解，反转后一定有指向NULL的结点，那前半部分呢？

我们发现，前半部分没有变化，中间结点的前一个结点的next还是指向中间结点的地址，即便原来的中间结点经过逆置已经到最后一个结点了。

那我们就好判断了，因为无论链表是奇数个结点还是偶数个结点都不会影响结果了，奇数个结点的中间结点都会被遍历判断不影响结果。

具体过程：

代码如下：

class PalindromeList
{
public:
    //找链表的中间结点
    struct ListNode* middleNode(struct ListNode* head)
    {

        struct ListNode* slow;
        struct ListNode* flast;
        slow = flast = head;
        while ( flast && flast->next )
        {
            slow = slow->next;
            flast = flast->next->next;
        }
        return slow;
    }
    //反转链表
    struct ListNode* reverseList(struct ListNode* head)
    {

        if ( head == NULL )
        {
            return head;
        }
        struct ListNode* tmp = NULL;
        struct ListNode* pre = head;
        struct ListNode* cur = head->next;

        while ( pre != NULL )
        {
            pre->next = tmp;
            tmp = pre;
            pre = cur;
            if ( cur != NULL )
                cur = cur->next;

        }
        return tmp;
    }
    //判断是否为回文结构
    bool chkPalindrome(ListNode* A)
    {

        // write code here
        struct ListNode* head = A;
        struct ListNode* mid = middleNode(head);
        struct ListNode* newhead = reverseList(mid);
        while ( head && newhead )
        {
            if ( head->val != newhead->val )
            {
                return false;
            }
            else
            {
                head = head->next;
                newhead = newhead->next;
            }

        }
        return true;

    }
};

未完待续！！！