数据结构之单链表相关刷题

找往期文章包括但不限于本期文章中不懂的知识点：

个人主页：我要学编程(ಥ_ಥ)-CSDN博客

所属专栏：数据结构

数据结构之单链表的相关知识点及应用-CSDN博客

下面题目基于上面这篇文章：

下面有任何不懂的地方欢迎在评论区留言或者私信我哦！

题目链接： 206.反转链表

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。

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：[]

思路一：创建一个新的链表，把原链表中的节点头插到新链表中。

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     struct ListNode *next;
 * };
 */
typedef struct ListNode ListNode;//为了方便创建变量
//头插
void ListBuyNode(ListNode **newListHead, int val)
{
    ListNode* newNode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
    if(newNode == NULL)
    {
        perror("malloc:");
        exit(1);
    }
    newNode->val = val;
    newNode->next = *newListHead;//新节点的next为前一个节点的地址
    *newListHead = newNode;//更新 新链表的头节点
}
struct ListNode* reverseList(struct ListNode* head) {
    ListNode *pcur = head;
    ListNode *newlist = NULL;//创建新的链表（链表是由节点组成）
    //当pcur指向为空时，就说明原链表中已经没有了节点
    while(pcur)
    {
        ListBuyNode(&newlist, pcur->val);//头插会改变头节点，因此传地址
        pcur = pcur->next;
    }
    return newlist;
}

思路二：用三个指针遍历，直接完成原链表的反转。

typedef struct ListNode ListNode;
struct ListNode* reverseList(struct ListNode* head) {
    //首先判断链表是否为空，如果是就直接返回，否则下面会有对空指针的解引用
    if(head == NULL)
    {
        return head;
    }
    ListNode *prev = NULL;
    ListNode *pcur = head;
    ListNode *next = head->next;
    while(pcur)
    {
        //把pcur的next指针指向改为prev
        pcur->next = prev;
        prev = pcur;
        pcur = next;
        if(next)//不为空，才能解引用
        {
            next = next->next;
        }
    }
    return prev;//刚好指向最后一个节点
}

题目链接：203.移除链表元素

题目描述：

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 。

示例 1：
输入：head = [1,2,6,3,4,5,6], val = 6
输出：[1,2,3,4,5]
示例 2：
输入：head = [], val = 1
输出：[]
示例 3：
输入：head = [7,7,7,7], val = 7
输出：[]

思路一：在原链表的基础上把值为val的节点全部删除。

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     struct ListNode *next;
 * };
 */
typedef struct ListNode ListNode;//为了方便创建变脸
void ListErase(ListNode **head, ListNode *pcur)
{
    ListNode *phead = *head;
    if(*head == pcur)//要删除的是头节点
    {
        *head = pcur->next;//头节点 改变为 头节点的下一个节点
    }
    else
    {
        while(phead->next != pcur)//找到pcur前一个节点
        {
            phead = phead->next;
        }
        //直接把pcur的后一个节点的地址给到pcur前一个节点的next指针
        phead->next = pcur->next;
    }
}
struct ListNode* removeElements(struct ListNode* head, int val) {
    ListNode *pcur = head;
    if(head == NULL)
    {
        return head;
    }
    while(pcur)
    {
        if(pcur->val == val)
        {
            //删除该节点
            ListErase(&head, pcur);//可能是头节点，因此要传头指针的地址
        }
        pcur = pcur->next;
    }
    return head;
}

注意：这里不需要我们自己主动的去释放被删除的空间，平台自己会判断。

思路二：创建一个新的链表，把值不为val的节点全部尾插到新的链表中。

typedef struct ListNode ListNode;
struct ListNode* removeElements(struct ListNode* head, int val) {
    ListNode *newHead = NULL;//头指针
    ListNode *newTail = NULL;//尾指针
    ListNode *pcur = head;
    while(pcur)
    {
        if(pcur->val != val)
        {
            //尾插该节点（这里只关注头指针和尾指针）
            if(newHead == NULL)//链表为空
            {
                newHead = newTail = pcur;//把这个节点即作为头也作为尾
            }
            else//链表不为空
            {
                //尾节点的next指针指向新的节点
                newTail->next = pcur;
                //新的尾节点诞生了
                newTail = pcur;
            }
        }
        pcur = pcur->next;
    }
    //最后一个节点的next要指向NULL，但是得提前判断是否为链表是否为空
    if(newTail)
    {
        newTail->next = NULL;
    }
    return newHead;
}

题目链接：876.链表的中间节点

题目描述：

给你单链表的头结点 head ，请你找出并返回链表的中间结点。

如果有两个中间结点，则返回第二个中间结点。

示例 1：
输入：head = [1,2,3,4,5]
输出：[3,4,5]
解释：链表只有一个中间结点，值为 3 。
示例 2：
输入：head = [1,2,3,4,5,6]
输出：[4,5,6]
解释：该链表有两个中间结点，值分别为 3 和 4 ，返回第二个结点。

有一种非常奇妙的方法：快慢指针。

原理：快指针——一次走两步；慢指针——一次走一步。所以就有了一个公式：2*慢指针 = 快指针，因此就得出了一个结论：当快指针走到结尾时，慢指针就走了快指针一半路程。也就是中间。

这个题目也就迎刃而解了。

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     struct ListNode *next;
 * };
 */
typedef struct ListNode ListNode;
struct ListNode* middleNode(struct ListNode* head) {
    ListNode *slow = head;
    ListNode *fast = head;
    while(fast!=NULL && fast->next!=NULL)//注意这里
    {
        slow = slow->next;//走一步
        fast = fast->next->next;//走两步
    }
    return slow;
}

这里有一个要注意的点是：链表中元素个数为奇数或者偶数时，判断循环跳出的条件不一样。但链表的元素个数为奇数时，fast->next == NULL，slow就走到了链表的中间节点；链表元素个数为偶数时，fast == NULL时，slow就走到了链表的中间节点。因此只要上面有一个条件满足时，就要跳出循环了。

题目链接：牛客网——环形链表的约瑟夫问题

介绍：

著名的Josephus问题

据说著名犹太 Josephus有过以下的故事：在罗马人占领乔塔帕特后，39 个犹太人与 Josephus及他的朋友躲到一个洞中，39个犹太人决定宁愿死也不要被人抓到，于是决定了一个自杀方式，41个人排成一个圆圈，由第1个人开始报数，每报数到第3人该人就必须自杀，然后再由下一个重新报数，直到所有人都自杀身亡为止。然而Josephus 和他的朋友并不想遵从，Josephus要他的朋友先假装遵从，他将朋友与自己安排在第16个与第31个位置，于是逃过了这场死亡游戏。

题目描述：

编号为 1 到 n 的 n 个人围成一圈。从编号为 1 的人开始报数，报到 m 的人离开。

下一个人继续从 1 开始报数。

n-1 轮结束以后，只剩下一个人，问最后留下的这个人编号是多少？

数据范围：1≤n,m≤10000

进阶：空间复杂度 O(1)O(1)，时间复杂度 O(n)O(n)

示例1：

输入：
5,2     
返回值：
3    
说明：
开始5个人 1，2，3，4，5 ，从1开始报数，1->1，2->2编号为2的人离开
1，3，4，5，从3开始报数，3->1，4->2编号为4的人离开
1，3，5，从5开始报数，5->1，1->2编号为1的人离开
3，5，从3开始报数，3->1，5->2编号为5的人离开
最后留下人的编号是3      
示例2：

输入：
1,1
返回值：
1

思路：首先，创建一个环形链表。创建一个单链表之后，让单链表的头尾相连就可以了。有了环形链表之后，就可以开始报数了，当报到了满足m时，就进行删除操作，不满足就继续往下走，直至整个链表中之有一个节点为止。

创建环形链表：因为这里没有现成的节点，所以我们就只能一个一个的创建。先写一个创建节点是函数。

//题目给了一个结构体，因此我们可以直接用
typedef struct ListNode ListNode;//重命名一下
//创建节点
ListNode* ListBuyNode(int n)//n是用来存放节点里储存的数据的
{
    ListNode *node = (ListNode*)malloc(sizeof(sizeof(ListNode)));//创建节点
    if (node == NULL) 
    {
        perror("malloc:");
        exit(1);
    }
    //初始化节点的内容
    node->val = n;
    node->next = NULL;
    return node;
}

当有一个一个的节点之后就可以开始创建一个链表了。

//创建带环链表
ListNode* createCircle(int n)
{
    //创建节点（1~n）  
    //创建头节点
    ListNode *head, *tail;
    for(int i=1; i<=n; i++)
    {
        ListNode *ret = ListBuyNode(i);
        if(ret->val == 1)//判断是否为头节点
        {
            head = ret;
            tail = ret;
        }
        else //更新尾节点
        {
            tail->next = ret;
            tail = tail->next;
        }
    }
    //开始创建环（头尾相连）
    tail->next = head;
    return tail;//返回尾节点
}

这里我们为什么要返回尾节点呢？因为我们最后来报数时，是要通过两个指针来遍历，如果返回头节点的话，就找不到尾节点；而返回尾节点，还是可以找到头节点。

下面就是要开始报数了。

满足报到了m的情况：

不满足报到了m的情况：

int ysf(int n, int m ) {
    //创建一个带环链表
    ListNode *prev = createCircle(n);
    //开始执行约瑟夫条件
    ListNode *pcur = prev->next;//这里相当于已经开始报数了
    int count = 1;//用于计数
    //不管怎么样最终只会剩下一个
    while(pcur->next != pcur)//当pcur->next指向自己时，就说明现在只剩下自己了
    {
        //当报数的结果满足m
        if(count == m)
        {
            //删除节点，开始重新实现带环链表，并重新开始计数
            prev->next = pcur->next;
            free(pcur);
            pcur = prev->next;
            count = 1;
        }
        else 
        {
            //持续计数
            prev = pcur;
            pcur = pcur->next;
            count++;
        }
    }
    int ret = pcur->val;
    //动态开辟的空间要提前释放掉
    free(pcur);
    pcur = NULL;
    return ret;

}

完整代码（注释较少）：

#include <stdlib.h>
typedef struct ListNode ListNode;
//创建节点
ListNode* ListBuyNode(int n)
{
    ListNode *node = (ListNode*)malloc(sizeof(sizeof(ListNode)));//创建节点
    if (node == NULL) 
    {
        perror("malloc:");
        exit(1);
    }
    //初始化节点的内容
    node->val = n;
    node->next = NULL;
    return node;
}
//创建带环链表
ListNode* createCircle(int n)
{
    //创建节点（1~n）  
    //创建头节点
    ListNode *head, *tail;
    for(int i=1; i<=n; i++)
    {
        ListNode *ret = ListBuyNode(i);
        if(ret->val == 1)//判断是否为头节点
        {
            head = ret;
            tail = ret;
        }
        else //更新尾节点
        {
        tail->next = ret;
        tail = tail->next;
        }
    }
    //开始创建环
    tail->next = head;
    return tail;
}

int ysf(int n, int m ) {
    //创建一个带环链表
    ListNode *prev = createCircle(n);
    //开始执行约瑟夫条件
    ListNode *pcur = prev->next;//这里相当于已经开始报数了
    int count = 1;//用于计数
    //不管怎么样最终只会剩下一个
    while(pcur->next != pcur)
    {
        //当报数的结果满足m
        if(count == m)
        {
            prev->next = pcur->next;
            free(pcur);
            pcur = prev->next;
            count = 1;
        }
        else 
        {
            prev = pcur;
            pcur = pcur->next;
            count++;
        }
    }
    int ret = pcur->val;
    free(pcur);
    pcur = NULL;
    return ret;
}

题目链接：21.合并两个有序链表

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。

示例 1：
输入：l1 = [1,2,4], l2 = [1,3,4]
输出：[1,1,2,3,4,4]
示例 2：
输入：l1 = [], l2 = []
输出：[]
示例 3：
输入：l1 = [], l2 = [0]
输出：[0]

思路：创建一个新的链表，比较两个链表中节点的数据的大小，分别尾插到这个新链表中。

typedef struct ListNode ListNode;
void ListPopBack(ListNode **newHead, ListNode **newTail, ListNode *list)
{
    if(*newHead == NULL)//没有节点
    {
        *newHead = list;
        *newTail = list;
    }
    else
    {
        (*newTail)->next = list;
        *newTail = (*newTail)->next;
    }
}
struct ListNode* mergeTwoLists(struct ListNode* list1, struct ListNode* list2) {
    //当两个链表都为空时，也就代表着list1也为空，可以返回list2
    //当list1为空时，就返回list2
    if(list1 == NULL)
    {
        return list2;
    }
    //当list2为空时，就返回list1
    if(list2 == NULL)
    {
        return list1;
    }
    //创建一个新的链表
    ListNode *newHead = NULL;
    ListNode *newTail = NULL;
    //开始比较
    while(list1 && list2)//当链表中还有节点时
    {
        if(list1->val > list2->val)
        {
            ListPopBack(&newHead, &newTail, list2);//尾插，注意是&
            list2 = list2->next;
        }
        else
        {
            ListPopBack(&newHead, &newTail, list1);
            list1 = list1->next;
        }
    }
    //还有一个有剩余
    if(list1)//l1剩余，因为链表已经是有序的了，因此就可以直接尾插
    {
        newTail->next = list1;
    }
    if(list2)//l2剩余
    {
        newTail->next = list2;
    }
    return newHead;
}

优化：这里在创建链表时，可以创建一个带头的链表，这样就不需要每次判断链表是否为空。

创建带头链表：

//创建一个带头链表
ListNode *head = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
ListNode *tail = head;
......
......
......
//
//在返回时要返回头节点的next指针，返回前要把动态开辟的内存释放掉
ListNode *ret = head->next;
free(head);
head = NULL;
return ret;

题目链接：面试题 02.04.分割链表

题目描述：

给你一个链表的头节点 head 和一个特定值 x ，请你对链表进行分隔，使得所有小于 x 的节点都出现在 大于或等于 x 的节点之前。

你不需要保留每个分区中各节点的初始相对位置。

示例 1：
输入：head = [1,4,3,2,5,2], x = 3
输出：[1,2,2,4,3,5]
示例 2：
输入：head = [2,1], x = 2
输出：[1,2]

思路一：在原链表的基础上进行修改，通过双指针遍历，left指针找节点数据大于x的值，right指针找节点数据小于x的，然后再进行交换，直至right == left 停止循环。

这个思路写出来的代码非常复杂。

思路二：在原链表的基础上进行修改，通过一个指针进行遍历，节点数据大于x的就尾插到原链表中，直至这个指针找到原链表的尾节点。

这个代码也比较复杂。

思路三：创建一个新的链表，通过一个指针遍历原链表，节点数据大于x的就尾插到新链表，节点数据小于x的就头插到新链表。

这个代码就比较好办，但还不是最简方法。

最简思路：创建两个带头链表，根据题目给出的x，来遍历判断大小，分别存入大链表和小链表中，最后把小链表尾节点的next指针指向大链表的头指针，这样就完成了链表的分割。

typedef struct ListNode ListNode;
void ListPopBack(ListNode **Tail, ListNode *pcur)
{
    //因为我们创建的是带头链表，因此不需要判断是否为空链表
    (*Tail)->next = pcur;
    (*Tail) = (*Tail)->next;
}
struct ListNode* partition(struct ListNode* head, int x){
    //如果节点个数小于等于1个，就不需要分割了
    if(head == NULL || head->next == NULL)
    {
        return head;
    }
    //创建两个带头链表
    ListNode *lessHead = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
    ListNode *lessTail = lessHead;
    ListNode *greatHead = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
    ListNode *greatTail = greatHead;
    //开始判断大小，分割链表
    ListNode *pcur = head;
    while(pcur)
    {
        if(pcur->val < x)
        {
            //尾插到小链表中
            ListPopBack(&lessTail, pcur);
        }
        else
        {
            //尾插到大链表中
            ListPopBack(&greatTail, pcur);
        }
        pcur = pcur->next;
    }
    //开始链接大小链表
    lessTail->next = greatHead->next;
    //要有停止打印的节点，否则就会陷入死循环
    greatTail->next = NULL;
    //不能返回哨兵位，一个返回哨兵位的next指针
    return lessHead->next;
}

但是上面的代码还是会报错。

因为当输入的数据一致时，大链表没有效节点（哨兵位除外），而我们会对大链表解引用。

因此我们就需要判断大链表是否有有效节点，怎么判断呢？只需要把哨兵位的next指针赋值为NULL，再去判断这个位置是否为NULL。如果是就说明没有有效数据，就直接返回lessHead->next就行了；反之，就需要判断。

typedef struct ListNode ListNode;
void ListPopBack(ListNode **Tail, ListNode *pcur)
{
    //因为我们创建的是带头链表，因此不需要判断是否为空链表
    (*Tail)->next = pcur;
    (*Tail) = (*Tail)->next;
}
struct ListNode* partition(struct ListNode* head, int x){
    //如果节点个数小于等于1个，就不需要分割了
    if(head == NULL || head->next == NULL)
    {
        return head;
    }
    //创建两个带头链表
    ListNode *lessHead = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
    ListNode *lessTail = lessHead;
    ListNode *greatHead = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
    ListNode *greatTail = greatHead;
    greatHead->next = NULL;
    //开始判断大小，分割链表
    ListNode *pcur = head;
    while(pcur)
    {
        if(pcur->val < x)
        {
            //尾插到小链表中
            ListPopBack(&lessTail, pcur);
        }
        else
        {
            //尾插到大链表中
            ListPopBack(&greatTail, pcur);
        }
        pcur = pcur->next;
    }
    //开始链接链表之前，先判断一下
    if(greatHead->next == NULL)
    {
        return lessHead->next;
    }
    lessTail->next = greatHead->next;
    //要有停止打印的节点，否则就会陷入死循环
    greatTail->next = NULL;
    //不能返回哨兵位，一个返回哨兵位的next指针
    return lessHead->next;
}

好啦！本期有关单链表的刷题之旅就到此结束啦！我们下一期再一起学习吧！