算法通关村第一关——黄金挑战 | 环与双向链表

目录

1. 单链表中的环问题

1.1 确定链表中是否有环

解法一：利用hash。

解法二：双指针

1.2 确定环的入口

解法一：hash

解法二：双指针

2. 双向链表

2.1 创建双向链表

2.2 插入节点

2.2.1 头插法

2.2.2?尾插法

2.2.3?中间插入

2.3 删除结点

2.3.1 删除头结点

2.3.2?删除尾结点

2.3.3 删除中间结点

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1. 单链表中的环问题

1.1 确定链表中是否有环

力扣（LeetCode）141.环形链表

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：

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。

解法一：利用hash。

遍历的时候将元素放入map中，如果有环就一定会发生碰撞，碰撞的位置就是环的入口

public boolean hasCycle(ListNode head) {
        ListNode pos=head;
        Set<ListNode> set=new HashSet<>();
        while (pos!=null){
            if (set.contains(pos)){
                return true;
            }else {
                set.add(pos);
                pos=pos.next;
            }
        }
        return false;
    }

解法二：双指针

确认是否有环，最优解就是双指针，即快慢指针。没有环，快指针就会到达链表的表尾；有环，则一定会相遇。

如上图，最近的两种情况就是两个指针相距一个空格和两个空格。

第一种情况：相距一个空格，slow走一步，fast走两步，则在三的位置相遇。

第二种情况：相距两个空格，slow走一步到达4，fast走两步到达3，此时又是第一种情况。

当fast在slow前面的时候，slow指针也就只能等着被套圈了。

/**
     * 是否存在环，双指针
     * @param head
     * @return
     */
    public boolean hasCycle(ListNode head) {
        if (head==null||head.next==null){
            return false;
        }
        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;
    }

1.2 确定环的入口

力扣（LeetCode）142.环形链表Ⅱ

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。

示例 1：

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。

解法一：hash

在确定环的时候利用的hash也可以查找环形的入口，只是返回不是true和false了，返回的是结点

/**
     * 确定环的入口
     * @param head
     * @return
     */
    public ListNode detectCycle(ListNode head) {
        ListNode pos=head;
        Set<ListNode> set=new HashSet<>();
        while (pos!=null){
            if (set.contains(pos)){
                return pos;//此时pos结点就是环的入口
            }else {
                set.add(pos);
                pos=pos.next;
            }
        }
        return null;
    }

解法二：双指针

按照快慢的方式寻找到相遇的位置，然后将两指针分别放到链表的表头和相遇的位置，以相同的速度推进，即可找到环的入口。

public ListNode detectCycle(ListNode head) {
        if (head==null||head.next==null){
            return null;
        }
        ListNode fast=head;
        ListNode slow=head;
        while (fast!=null&&fast.next!=null){//先找到相遇的位置
            fast=fast.next.next;
            slow=slow.next;
            if (fast==slow){
                break;
            }
        }
        if (fast==null||fast.next==null){//确定不是因为到达表尾而出的
            return null;
        }
        slow=head;
        while (fast!=slow){//寻找环形的入口
            fast=fast.next;
            slow=slow.next;
        }
        return slow;
    }

或合并起来

 public ListNode detectCycle(ListNode head) {
        if (head==null||head.next==null){
            return null;
        }
        ListNode fast=head;
        ListNode slow=head;
        while (fast!=null){
            slow=slow.next;
            if (fast.next!=null){
                fast=fast.next.next;
            }else {
                return null;
            }
            if (fast==slow){
                slow=head;
                while (fast!=slow){//寻找环形的入口
                    fast=fast.next;
                    slow=slow.next;
                }
                return slow;
            }
        }
        return null;
    }

2. 双向链表

增删改查

2.1 创建双向链表

/**
     * 创建双向链表结点
     */
    class DoubleNode {
        public int data;    //数据域
        public DoubleNode next;    //指向下一个结点
        public DoubleNode prev;

        public DoubleNode(int data) {
            this.data = data;
        }

        //打印结点的数据域
        public void displayNode() {
            System.out.print("{" + data + "} ");
        }
    }

2.2 插入节点

2.2.1 头插法

//头部插入，，first和last不是双向链表中的结点，类似于单链表中的虚拟结点，指向链表中的头尾结点
    public void insertFirst(int data) {
        DoubleNode newDoubleNode = new DoubleNode(data);
        if (first==null) {
            last = newDoubleNode;
        } else {//如果不是第一个结点的情况
                //将还没插入新结点之前链表的第一个结点的previous指向newNode
            first.prev = newDoubleNode;
        }
        newDoubleNode.next = first;        //将新结点的next指向first
        first = newDoubleNode;            //将新结点赋给first（链接）成为第一个结点
    }

2.2.2?尾插法

public void insertLast(int data) {
        DoubleNode newDoubleNode = new DoubleNode(data);
        if (first==null) {
            first = newDoubleNode;        //若链表为空，则将first指向新的结点（newNode）
        } else {
            newDoubleNode.prev = last;//将last的previous指向last（last永远指向的是最后一个结点）【此时还没有插入新的结点newNode，所以last指向的是当前链表的最后一个结点】
            last.next = newDoubleNode;    //将last.next(当前链表最后一个结点的next域)指向新的结点newNode
        }
        last = newDoubleNode;                //由于插入了一个新的结点，又因为是尾部插入，所以将last指向newNode
    }

2.2.3?中间插入

//某个结点的后部插入
    public void insertAfter(int key, int data) {
        DoubleNode newDoubleNode = new DoubleNode(data);
        DoubleNode current = first;
        while ((current != null) && (current.data != key)) {
            current = current.next;
        }
        //若当前结点current为空
        if (current == null) {                    //current为null有两种情况 一种是链表为空，一种是找不到key值
            if (isEmpty()) {                    //1、链表为空
                first = newDoubleNode;                //则插入第一个结点（其实可以调用其它的Insert方法）
                last = newDoubleNode;                    //first和last均指向该结点（第一个结点）
            } else {
                last.next = newDoubleNode;        //2、找不到key值
                newDoubleNode.prev = last;    //则在链表尾部插入一个新的结点
                last = newDoubleNode;
            }
        } else {
            if (current == last) {                    //第三种情况，找到了key值，分两种情况
                newDoubleNode.next = null;            //1、key值与最后结点的data相等
                last = newDoubleNode;                    //由于newNode将是最后一个结点，则将last指向newNode
            } else {
                newDoubleNode.next = current.next;        //2、两结点中间插入                                                                                                                            四
                current.next.prev = newDoubleNode;    //将current当前结点的下一个结点赋给newNode.next
            }                                        //将current下一个结点即current.next的previous域指向current
            current.next = newDoubleNode;                    //将当前结点的next域指向newNode
            newDoubleNode.prev = current;                //将新结点的previous域指向current（current在newNode前面一个位置）

        }

    }

2.3 删除结点

2.3.1 删除头结点

//从头部删除结点
    public DoubleNode deleteFirst() {
        DoubleNode temp = first;
        if (first.next == null) {            //若链表只有一个结点，删除后链表为空，将last指向null
            last = null;
        } else {
            first.next.prev = null;        //若链表有两个（包括两个）以上的结点 ，因为是头部插入，则first.next将变成第一个结点，其previous将变成null
        }
        first = first.next;                //将first.next赋给first
        return temp;                    //返回删除的结点
    }

2.3.2?删除尾结点

//从尾部删除结点
    public DoubleNode deleteLast() {
        DoubleNode temp = last;
        if (first.next == null) {        //如果链表只有一个结点，则删除以后为空表,last指向null
            first = null;
        } else {
            last.prev.next = null;    //将上一个结点的next域指向null
        }
        last = last.prev;            //上一个结点称为最后一个结点，last指向它
        return temp;                    //返回删除的结点
    }

2.3.3 删除中间结点

//按值删除
    public DoubleNode deleteKey(int key) {
        DoubleNode current = first;
        while (current != null && current.data != key) {        //遍历链表寻找该值所在的结点
            current = current.next;
        }
        if (current == null) {                        //若当前结点指向null则返回null，
            return null;                        //两种情况当前结点指向null，一是该链表为空链表，而是找不到该值
        } else {
            if (current == first) {                //如果current是第一个结点
                first = current.next;            //则将first指向它，将该结点的previous指向null,其余不变
                current.next.prev = null;
            } else if (current == last) {            //如果current是最后一个结点
                last = current.prev;        //将last指向当前结点的上一个结点（我们将当前结点除名了以后它便不再是最后一个了）
                current.prev.next = null;    //相应的要删除结点的上一个结点的next域应指向null
            } else {
                current.prev.next = current.next;        //当前结点的上一个结点的next域应指向当前的下一个结点
                current.next.prev = current.prev;    //当前结点的下一个结点的previous域应指向当前结点的上一个结点
            }
        }
        return current;        //返回
    }