Linked List
最后更新于：2022-04-02 01:06:19
# Linked List - 链表
链表是线性表的一种。线性表是最基本、最简单、也是最常用的一种数据结构。线性表中数据元素之间的关系是一对一的关系，即除了第一个和最后一个数据元素之外，其它数据元素都是首尾相接的。线性表有两种存储方式，一种是顺序存储结构，另一种是链式存储结构。我们常用的数组就是一种典型的顺序存储结构。
相反，链式存储结构就是两个相邻的元素在内存中可能不是相邻的，每一个元素都有一个指针域，指针域一般是存储着到下一个元素的指针。这种存储方式的**优点**是插入和删除的时间复杂度为 O(1)，不会浪费太多内存，添加元素的时候才会申请内存，删除元素会释放内存。缺点是访问的时间复杂度最坏为 O(n)。
顺序表的特性是随机读取，也就是访问一个元素的时间复杂度是O(1)，链式表的特性是插入和删除的时间复杂度为O(1)。
链表就是链式存储的线性表。根据指针域的不同，链表分为单向链表、双向链表、循环链表等等。
### 编程实现
### Java
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public class ListNode {
public int val;
public ListNode next;
public ListNode(int val) {
this.val = val;
this.next = null;
}
}
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### 链表的基本操作
### 反转链表
#### 单向链表
链表的基本形式是：`1 -> 2 -> 3 -> null`，反转需要变为 `3 -> 2 -> 1 -> null`。这里要注意：
- 访问某个节点 curt.next 时，要检验 curt 是否为 null。
- 要把反转后的最后一个节点（即反转前的第一个节点）指向 null。
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class ListNode {
int val;
ListNode next;
ListNode(int val) {
this.val = val;
}
}
public ListNode reverse(ListNode head) {
ListNode prev = null;
while (head != null) {
ListNode next = head.next;
head.next = prev;
prev = head;
head = next;
}
return prev;
}
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#### 双向链表
和单向链表的区别在于：双向链表的反转核心在于`next`和`prev`域的交换，还需要注意的是当前节点和上一个节点的递推。
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class DListNode {
int val;
DListNode prev, next;
DListNode(int val) {
this.val = val;
this.prev = this.next = null;
}
}
public DListNode reverse(DListNode head) {
DListNode curr = null;
while (head != null) {
curr = head;
head = curr.next;
curr.next = curr.prev;
curr.prev = head;
}
return curr;
}
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### 删除链表中的某个节点
删除链表中的某个节点一定需要知道这个点的前继节点，所以需要一直有指针指向前继节点。还有一种删除是伪删除，是指复制一个和要删除节点值一样的节点，然后删除，这样就不必知道其真正的前继节点了。
然后只需要把 `prev -> next = prev -> next -> next` 即可。但是由于链表表头可能在这个过程中产生变化，导致我们需要一些特别的技巧去处理这种情况。就是下面提到的 Dummy Node。
### 链表指针的鲁棒性
综合上面讨论的两种基本操作，链表操作时的鲁棒性问题主要包含两个情况：
- 当访问链表中某个节点 curt.next 时，一定要先判断 curt 是否为 null。
- 全部操作结束后，判断是否有环；若有环，则置其中一端为 null。
### Dummy Node
Dummy node 是链表问题中一个重要的技巧，中文翻译叫“哑节点”或者“假人头结点”。
Dummy node 是一个虚拟节点，也可以认为是标杆节点。Dummy node 就是在链表表头 head 前加一个节点指向 head，即 dummy -> head。Dummy node 的使用多针对单链表没有前向指针的问题，保证链表的 head 不会在删除操作中丢失。除此之外，还有一种用法比较少见，就是使用 dummy node 来进行head的删除操作，比如 Remove Duplicates From Sorted List II，一般的方法current = current.next 是无法删除 head 元素的，所以这个时候如果有一个dummy node在head的前面。
所以，当链表的 head 有可能变化（被修改或者被删除）时，使用 dummy node 可以很好的简化代码，最终返回 dummy.next 即新的链表。
### 快慢指针
快慢指针也是一个可以用于很多问题的技巧。所谓快慢指针中的快慢指的是指针向前移动的步长，每次移动的步长较大即为快，步长较小即为慢，常用的快慢指针一般是在单链表中让快指针每次向前移动2，慢指针则每次向前移动1。快慢两个指针都从链表头开始遍历，于是快指针到达链表末尾的时候慢指针刚好到达中间位置，于是可以得到中间元素的值。快慢指针在链表相关问题中主要有两个应用：
- 快速找出未知长度单链表的中间节点 设置两个指针 `*fast`、`*slow` 都指向单链表的头节点，其中`*fast`的移动速度是`*slow`的2倍，当`*fast`指向末尾节点的时候，`slow`正好就在中间了。
- 判断单链表是否有环 利用快慢指针的原理，同样设置两个指针 `*fast`、`*slow` 都指向单链表的头节点，其中 `*fast`的移动速度是`*slow`的2倍。如果 `*fast = NULL`，说明该单链表 以 `NULL`结尾，不是循环链表；如果 `*fast = *slow`，则快指针追上慢指针，说明该链表是循环链表。
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