【算法系列】链表

目录

常用技巧

常用操作

 leetcode/牛客题目

一、移除链表元素

二、反转链表

三、链表的中间结点

四、返回倒数第k个节点

五、合并两个有序链表

六、链表分割

七、链表的回文结构

八、相交链表

九、环形链表

十、环形链表 II

十一、随机链表的复制

十二、两数相加

十三、两两交换链表中的节点

十四、重排链表

十五、合并K个升序链表

十六、K个一组翻转链表

常用技巧

1.画图 --- 直观，便于理解，代码不容易出错

2.引入虚拟头节点(带哨兵位的头节点) --- 便于处理边界情况，方便对链表操作

3.不要吝啬空间，大胆去定义变量

如上图所示，要将cur插入到两个节点之间，那么①与②的顺序就不能颠倒，但是如果定义了一个指针变量next，就完全不用考虑链接顺序了！

①②③④可以任意颠倒~

4.快慢双指针~

比如判环，找链表中环的入口，找链表倒数第n个节点

常用操作

1.创建一个新节点

2.尾插

3.头插

 leetcode/牛客题目

一、移除链表元素

203. 移除链表元素 - 力扣（LeetCode）icon-default.png?t=N7T8https://leetcode.cn/problems/remove-linked-list-elements/description/

1.题目解析

删除链表中值为val的所有节点

2.算法分析

法一: 把所有值不等于val的节点进行尾插

法二: 在原链表进行删除操作

3.算法代码

法一: 把所有值不等于val的节点进行尾插

class Solution {
public:ListNode* removeElements(ListNode* head, int val) {ListNode* newHead = new ListNode(); //虚拟头节点ListNode* cur = head, *tail = newHead;while(cur){if(cur->val != val){tail->next = cur;tail = tail->next;cur = cur->next;}else{ListNode* next = cur->next;delete cur;cur = next;}}tail->next = nullptr;return newHead->next;}
};

法二: 在原链表进行删除操作

class Solution {
public:ListNode* removeElements(ListNode* head, int val) {ListNode* newHead = new ListNode(); //虚拟头节点newHead->next = head;ListNode* cur = head, *prev = newHead; //prev用于记录当前节点的前一个节点while(cur){if(cur->val == val){    prev->next = cur->next;delete cur;cur = prev->next;}else{prev = cur;cur = cur->next;}}return newHead->next;}
};

二、反转链表

206. 反转链表 - 力扣（LeetCode）icon-default.png?t=N7T8https://leetcode.cn/problems/reverse-linked-list/1.题目解析

反转链表

2.算法分析

法一:头插法

法二:三指针反转链表

3.算法代码

法一:头插法

class Solution {
public:ListNode* reverseList(ListNode* head) {ListNode* newHead = new ListNode();ListNode* cur = head;while(cur){ListNode* next = cur->next;cur->next = newHead->next;newHead->next = cur;cur = next;}ListNode* ret = newHead->next;delete newHead;return ret;}
};

法二:三指针反转链表

class Solution {
public:ListNode* reverseList(ListNode* head) {if(head == nullptr) return head;ListNode* n1 = nullptr;ListNode* n2 = head;ListNode* n3 = head->next;while(n2){//1.改变指针指向n2->next = n1;//2.循环迭代n1 = n2;n2 = n3;if(n3) n3 = n3->next;}return n1;}
};

三、链表的中间结点

876. 链表的中间结点 - 力扣（LeetCode）icon-default.png?t=N7T8https://leetcode.cn/problems/middle-of-the-linked-list/1.题目解析

返回链表的中间节点，如果有两个中间节点，返回第二个中间节点

2.算法分析
这类题目是典型的双指针解法，定义快慢指针，快指针每次走两步，慢指针每次走一步，当快指针走到空或者走到最后一个节点，慢指针指向的就是中间节点

3.算法代码

class Solution {
public:ListNode* middleNode(ListNode* head) {ListNode* fast = head, *slow = head;while(fast && fast->next){fast = fast->next->next;slow = slow->next;}return slow;}
};

四、返回倒数第k个节点

面试题 02.02. 返回倒数第 k 个节点 - 力扣（LeetCode）icon-default.png?t=N7T8https://leetcode.cn/problems/kth-node-from-end-of-list-lcci/1.题目解析

返回链表倒数第k个节点中的值

2.算法分析

法一:先遍历一遍链表，求出节点总个数n, 再从头遍历,  循环n-k次，求出倒数第k个节点的值

法二:快慢双指针策略

fast和slow指针开始都在起始位置，fast先走k步，然后slow和fast再一起走，每次都走一步，当fast走到空时，slow的位置就是倒数第k个节点

3.算法代码

法一:

class Solution {
public:int kthToLast(ListNode* head, int k) {ListNode* cur = head;int n = 0;while(cur){cur = cur->next;n++;}cur = head;for(int i = 0; i < n-k; i++){cur = cur->next;}    return cur->val;}
};

法二:

class Solution {
public:int kthToLast(ListNode* head, int k) {ListNode* slow = head, *fast = head;while(k--)fast = fast->next;while(fast){fast = fast->next;slow = slow->next;}return slow->val;}
};

五、合并两个有序链表

21. 合并两个有序链表 - 力扣（LeetCode）icon-default.png?t=N7T8https://leetcode.cn/problems/merge-two-sorted-lists/description/1.题目解析

将两个升序链表合并成1个升序的链表

2.算法分析

本题和合并两个有序数组非常相似，采用的方法都是遍历两个链表(数组), 每次取小的进行尾插

3.算法代码

class Solution {
public:ListNode* mergeTwoLists(ListNode* list1, ListNode* list2){if(list1 == nullptr) return list2;if(list2 == nullptr) return list1;ListNode* newHead = new ListNode(), *tail = newHead;ListNode* cur1 = list1, *cur2 = list2;while(cur1 && cur2){if(cur1->val <= cur2->val){tail->next = cur1;tail = tail->next;cur1 = cur1->next;}else{tail->next = cur2;tail = tail->next;cur2 = cur2->next;}}  if(cur1) tail->next = cur1;if(cur2) tail->next = cur2;ListNode* ret = newHead->next;delete newHead;return ret;}
};

六、链表分割

链表分割_牛客题霸_牛客网 (nowcoder.com)icon-default.png?t=N7T8https://www.nowcoder.com/practice/0e27e0b064de4eacac178676ef9c9d70?tpId=8&&tqId=11004&rp=2&ru=/activity/oj&qru=/ta/cracking-the-coding-interview/question-ranking1.题目解析

给定一个值x, 将所有值小于x的节点排在其余节点之前

2.算法分析

我们只需要遍历一遍原始链表，将值小于x的节点尾插到一个新的链表中，将值>=x的节点尾插到另一个新的链表中，然后将前一个新的链表和后一个新的链表链接起来即可，但是为了方便处理，我们仍然给两个新的链表都添加了虚拟头节点

3.算法代码

class Partition {
public:ListNode* partition(ListNode* pHead, int x) {ListNode* greaterHead = new ListNode(-1), *greatertail = greaterHead;ListNode* lessHead = new ListNode(-1), *lesstail = lessHead;ListNode* cur = pHead;while(cur){if(cur->val < x){lesstail->next = cur;lesstail = lesstail->next;cur = cur->next;}else {greatertail->next = cur;greatertail = greatertail->next;cur = cur->next;}}lesstail->next = greaterHead->next;greatertail->next = nullptr;return lessHead->next;}
};

七、链表的回文结构

链表的回文结构_牛客题霸_牛客网 (nowcoder.com)icon-default.png?t=N7T8https://www.nowcoder.com/practice/d281619e4b3e4a60a2cc66ea32855bfa?tpId=49&&tqId=29370&rp=1&ru=/activity/oj&qru=/ta/2016test/question-ranking1.题目解析

判断链表是否是回文链表

2.算法分析

本题可以拆解成以下几个问题

1.求链表的中间节点

2.翻转中间节点以后的部分

3.判断前半部分链表和翻转后的后半部分链表是否相等

3.算法代码

class PalindromeList {
public:bool chkPalindrome(ListNode* A) {//1.找链表的中间节点ListNode* fast = A, *slow = A;while(fast && fast->next){fast = fast->next->next;slow = slow->next;}//2.翻转后半部分ListNode* newHead = new ListNode(-1);ListNode* cur = slow;while(cur){ListNode* next = cur->next;cur->next = newHead->next;newHead->next = cur;cur = next;}//3.判断两个链表是否相等ListNode* B = newHead->next;while(B){if(A->val != B->val)return false;A = A->next;B = B->next;}return true;}
};

八、相交链表

160. 相交链表 - 力扣（LeetCode）icon-default.png?t=N7T8https://leetcode.cn/problems/intersection-of-two-linked-lists/1.题目解析

求两个相交链表的相交的起始节点

2.算法分析

解法一:

1.分别遍历两个链表，求出两个链表的长度(节点的个数), 并求出长度差 gap

2.定义快慢指针，让fast指针指向较长链表的第一个节点，先走gap步

3.快慢指针同时向后走，当快慢指针相遇时，就是相交链表的起始节点

解法二:

3.算法代码

解法一:

class Solution {
public:ListNode *getIntersectionNode(ListNode *headA, ListNode *headB) {ListNode* cur1 = headA, *cur2 = headB;int lenA = 0, lenB = 0;while(cur1){cur1 = cur1->next;lenA++;}while(cur2){cur2 = cur2->next;lenB++;}ListNode* fast = headA, *slow = headB;if(lenA < lenB){fast = headB;slow = headA;}int gap = abs(lenA - lenB);while(gap--)fast = fast->next;while(slow != fast){slow = slow->next;fast = fast->next;}return slow;}
};

解法二:

class Solution {
public:ListNode *getIntersectionNode(ListNode *headA, ListNode *headB){ListNode* cur1 = headA, *cur2 = headB;while(cur1 != cur2){cur1 = cur1 != nullptr ? cur1->next : headB;cur2 = cur2 != nullptr ? cur2->next : headA;}  return cur1;}
};

九、环形链表

141. 环形链表 - 力扣（LeetCode）icon-default.png?t=N7T8https://leetcode.cn/problems/linked-list-cycle/1.题目解析

判断链表中是否有环

2.算法分析

定义快慢指针，快指针每次走两步，慢指针每次走一步，如果快慢指针可以相遇，说明链表中有环；如果fast指针走到了空/fast的下一个节点就是空，说明链表中不带环

简单证明: 如果有环，fast必然先进入环，slow后进入环，所以当slow即将入环时，假设相距x, 由于fast每次走两步，slow每次走一步，所以fast和slow之间的距离每次缩小1，因此最后距离总会减小到0，也就是相遇！

 拓展: fast每次走3步是不可以的，因为如果fast每次走3步，slow走1步，距离每次缩小2，如果x是偶数，那么x会减小到0，slow和fast相遇，但是如果x是奇数，那么距离会减小到1, -1 ....， 就会错过距离0， 因此本轮slow和fast没有相遇; 下一轮slow和fast相距N-1( N代表环的长度 ), 如果N是奇数，那么N-1是偶数，则本轮可以相遇；若N是偶数，N-1是奇数，则fast和slow永远都相遇不了!

3.算法代码

class Solution {
public:bool hasCycle(ListNode *head) {ListNode* fast = head, *slow = head;while(fast && fast->next){fast = fast->next->next;slow = slow->next;if(fast == slow) return true;}   return false;}
};

十、环形链表 II

142.环形链表 IIicon-default.png?t=N7T8https://leetcode.cn/problems/linked-list-cycle-ii/description/1.题目解析

如果链表不带环，返回nullptr, 如果链表带环，返回环形链表的第一个入环节点的指针

2.算法分析

如何判断链表是否带环，题目九已经讲解过了，因此我们接下来的关键就是求入环节点

法一: 快慢指针

如果有环, slow和fast必在环内相遇，此时再定义一个指针cur2, cur2从fast和slow相遇位置开始走，与此同时，cur1(原先链表的head)从头开始走，两个指针每次都走一步，当cur1和cur2相遇时，相遇的地方就是入环的第一个节点

简单证明:

法二: 转化成题目八 ---> 相交链表

如果有环, slow和fast必在环内相遇，此时可以将环断开，形成两个链表，此时问题就转化成了相交链表的问题了~

3.算法代码

法一:

class Solution {
public:ListNode *detectCycle(ListNode *head) {ListNode* fast = head, *slow = head;while(fast && fast->next){fast = fast->next->next;slow = slow->next;if(slow == fast) //一定有环{ListNode* cur1 = head, *cur2 = fast;while(cur1 != cur2){cur1 = cur1->next;cur2 = cur2->next;}return cur1;}}  return nullptr;}
};

法二:

​class Solution {
public://求相交链表的第一个交点ListNode *getIntersectionNode(ListNode *headA, ListNode *headB) {ListNode* cur1 = headA, *cur2 = headB;int lenA = 0, lenB = 0;while(cur1){cur1 = cur1->next;lenA++;}while(cur2){cur2 = cur2->next;lenB++;}ListNode* fast = headA, *slow = headB;if(lenA < lenB){fast = headB;slow = headA;}int gap = abs(lenA - lenB);while(gap--)fast = fast->next;while(slow != fast){slow = slow->next;fast = fast->next;}return slow;}ListNode *detectCycle(ListNode *head) {ListNode* fast = head, *slow = head;while(fast && fast->next){fast = fast->next->next;slow = slow->next;if(slow == fast) //一定有环{ListNode* head2 = fast->next;fast->next = nullptr; //断开，形成两个链表return getIntersectionNode(head, head2);}}  return nullptr;}
};

十一、随机链表的复制

138. 随机链表的复制 - 力扣（LeetCode）icon-default.png?t=N7T8https://leetcode.cn/problems/copy-list-with-random-pointer/description/

1.题目解析

题目给定一个链表，链表中除了有指向下一个节点的指针之外，还有指向链表中随机一个节点的指针random, 题目要求深拷贝原链表，并返回

2.算法分析

1.将所有的新节点链接到原节点后面

2.控制所有复制节点中的random指向

3.解开新链表和原链表绑定，恢复原链表

3.算法代码

class Solution {
public:Node* copyRandomList(Node* head) {//1.将所有的新节点链接到原节点后面Node* cur = head;while(cur){Node* next = cur->next; //先保存下一个节点Node* copy = new Node(cur->val); //开辟复制节点cur->next = copy; //将复制节点链接到原链表对应节点后面copy->next = next; //将下一个节点链接到复制节点的后面cur = next; //更新cur到下一个节点} //2.控制所有复制节点中的random指向cur = head;while(cur){Node* copy = cur->next; //找到复制节点if(cur->random == nullptr) //原节点的random为空，则复制节点的random为空{copy->random = nullptr; }else //原节点的random不为空，则复制节点的random指向cur->random->next{copy->random = cur->random->next;}cur = copy->next; //更新cur指针}//3.解开原链表和新链表的绑定，恢复原链表cur = head;Node* copyHead = NULL, *copyTail = NULL;  //copyHead记录复制链表的开始, copyTail记录复制链表的结尾while(cur){Node* copy = cur->next; //记录复制节点Node* next = copy->next; //记录原链表下一个节点if(copyTail == nullptr) //开始时copyTail为空{copyHead = copyTail = copy;}else{copyTail->next = copy; //链接复制链表两个相邻节点copyTail = copyTail->next; //更新copyTail指针}cur->next = next; //链接原链表的相邻两个节点cur = next; //更新cur指针}return copyHead;}
};

十二、两数相加

2. 两数相加 - 力扣（LeetCode）icon-default.png?t=N7T8https://leetcode.cn/problems/add-two-numbers/description/1.题目解析

两个单链表，每个链表存储了一个整数(逆序存储), 返回两数相加之后的结果(依旧是链表)

2.算法分析

题目中的逆序存储是为了方便我们操作，我们只需要从头开始向后遍历链表相加即可

解法就是模拟两数相加即可

3.算法代码

class Solution {
public:ListNode* addTwoNumbers(ListNode* l1, ListNode* l2){ListNode* head = new ListNode(); //创建虚拟头节点ListNode* cur1 = l1, *cur2 = l2, *tail = head;int t = 0; //记录当前位置相加结果while(cur1 || cur2 || t) //有可能当cur1和cur2都为空时,t中还保留了一个进位{if(cur1){t += cur1->val;cur1 = cur1->next;}if(cur2) {t += cur2->val;cur2 = cur2->next;}//链接新节点tail->next = new ListNode(t % 10);tail = tail->next;t /= 10; //进位情况}//释放虚拟头节点tail = head->next;delete head;return tail;}
};

十三、两两交换链表中的节点

24. 两两交换链表中的节点 - 力扣（LeetCode）icon-default.png?t=N7T8https://leetcode.cn/problems/swap-nodes-in-pairs/description/1.题目解析

两两交换链表中的节点, 但是不能直接交换节点中的值, 而是要改变指针指向

2.算法分析

2.1增加虚拟头节点，统一了交换1,2节点和交换后面两两节点的操作

2.2采用循环的方式完成整个过程

2.3 循环结束的条件是 cur为空或者 next为空

2.2所给图示是next为空就结束了，但是还有可能是cur为空结束~

3.算法代码

class Solution {
public:ListNode* swapPairs(ListNode* head){if(head == nullptr || head->next == nullptr) return head;ListNode* newHead = new ListNode();newHead->next = head;ListNode* prev = newHead, *cur = head, *next = head->next, *nnext = next->next;while(cur && next){//1.交换节点prev->next = next;next->next = cur;cur->next = nnext;//2.修改指针(注意顺序)prev = cur;cur = nnext;if(cur) next = cur->next;if(next) nnext = next->next;}cur = newHead->next;delete newHead;return cur;}
};

十四、重排链表

143. 重排链表 - 力扣（LeetCode）icon-default.png?t=N7T8https://leetcode.cn/problems/reorder-list/1.题目解析

按题目要求将链表节点重新排列顺序

2.算法分析

这题目可以拆成以下3个子问题~

1.找到链表的中间节点 --- 双指针

2.把后面的部分逆序 --- 头插法

3.合并两个链表 --- 双指针

注意:找到中间节点之后，我们可以逆序连同中间节点之后的部分，也可以逆序不包含中间节点之后的部分

但是我们逆序完之后需要形成两个链表，如果采用头插法逆序包含中间节点及以后的部分，那么链表就无法断开，因为我们没有办法得到mid的前一个节点地址prev，从而无法将prev的next置成空指针，而如果采用头插法逆序中间节点以后的部分, 断开链表只需要将mid->next置成空指针即可

如果一定要逆序包含mid及以后的部分，可以添加虚拟头节点，此时slow的落点就是上面的prev了!

3.算法代码

class Solution {
public:void reorderList(ListNode* head){//特殊处理，不需要重排if(head == nullptr || head->next == nullptr || head->next->next == nullptr) return;//1.找到链表的中间节点ListNode* slow = head, *fast = head;while(fast && fast->next){slow = slow->next;fast = fast->next->next;}//2.把slow后面的部分逆序ListNode* head2 = new ListNode();ListNode* cur = slow->next;slow->next = nullptr; //断开链表while(cur){ListNode* next = cur->next;cur->next = head2->next;head2->next = cur;cur = next;}//3.合并两个链表ListNode* ret = new ListNode(), *tail = ret;ListNode* cur1 = head, *cur2 = head2->next;while(cur1) //由于第一个链表一定比第二个链表长, 因此判断cur1即可{//尾插第一个链表tail->next = cur1;cur1 = cur1->next;tail = tail->next;//尾插第二个链表if(cur2){tail->next = cur2;cur2 = cur2->next;tail = tail->next;}}}
};

十五、合并K个升序链表

23. 合并 K 个升序链表 - 力扣（LeetCode）icon-default.png?t=N7T8https://leetcode.cn/problems/merge-k-sorted-lists/description/1.题目解析

将所有的升序链表合并成一个升序链表，并返回

2.算法分析

法一:暴力解法：链表两两合并，直至所有链表合并完成， 时间复杂度:  假设每个链表长度为n, 则时间复杂度为 O(n*(k-1) + n*(k-2) + ... +)  =  O(n*k^2)

法二:利用优先级队列优化暴力枚举策略

我们可以创建一个小堆，开始时将所有的链表头节点指针都放进去，然后创建一个新的虚拟头节点，出堆顶元素尾插，然后让堆顶元素指针的下一个节点指针进入堆，依次类推,  时间复杂度为O(n*k*logk)

法三:分治-递归

从中间劈开，如果左右部分已经合并完成，那么最后只需要合并左右两个链表即可，而左右链表如何合并的呢???和原问题是相同的，依旧从中间劈开，让左右部分合并完成即可

3.算法代码

法二:优先级队列

class Solution 
{
public://仿函数struct cmp{bool operator()(const ListNode* l1, const ListNode* l2){return l1->val > l2->val;}};ListNode* mergeKLists(vector<ListNode*>& lists){//创建小根堆priority_queue<ListNode*, vector<ListNode*>, cmp> heap; //小堆for(auto& l : lists) if(l) heap.push(l);//合并所有链表ListNode* newHead = new ListNode(), *tail = newHead;while(!heap.empty()){ListNode* top = heap.top();heap.pop();tail->next = top;tail = tail->next;if(top->next) heap.push(top->next);}return newHead->next;}
};

法三:分治-递归

class Solution 
{
public:ListNode* mergeKLists(vector<ListNode*>& lists){return merge_sort(lists, 0, lists.size()-1);}ListNode* merge_sort(vector<ListNode*>& lists, int left, int right){if(left > right) return nullptr;if(left == right) return lists[left];//1.求中间节点int mid = (left + right) >> 1;//2.递归左右区间ListNode* l1 = merge_sort(lists, left, mid);ListNode* l2 = merge_sort(lists, mid+1, right);//3.合并两个有序链表return merge_two_lists(l1, l2);}ListNode* merge_two_lists(ListNode* l1, ListNode* l2){if(l1 == nullptr) return l2;if(l2 == nullptr) return l1;ListNode* cur1 = l1, *cur2 = l2;ListNode* newHead = new ListNode(), *tail = newHead;while(cur1 && cur2){if(cur1->val <= cur2->val){tail->next = cur1;tail = tail->next;cur1 = cur1->next;}else  {tail->next = cur2;tail = tail->next;cur2 = cur2->next;}  }if(cur1) tail->next = cur1;if(cur2) tail->next = cur2;return newHead->next;}
};

十六、K个一组翻转链表

25. K 个一组翻转链表 - 力扣（LeetCode）icon-default.png?t=N7T8https://leetcode.cn/problems/reverse-nodes-in-k-group/1.题目解析

K个一组翻转链表，最后不够K个节点，就不用再翻转了~

2.算法分析

1.求出需要翻转多少组:n  ---> 链表节点总个数 / k 即可

2.重复n次, 长度为k的链表的翻转即可

3.算法代码

class Solution {
public:ListNode* reverseKGroup(ListNode* head, int k) {//1.求需要翻转多少组int n = 0;ListNode* cur = head;while(cur){cur = cur->next;n++;}n /= k;//2.重复n次，长度为k的链表的翻转ListNode* newHead = new ListNode(), *prev = newHead;cur = head;for(int i = 0;i < n; i++){ListNode* tmp = cur;for(int j = 0; j < k; j++){ListNode* next = cur->next;cur->next = prev->next;prev->next = cur;cur = next;}prev = tmp;}//把不需要翻转的节点接上prev->next = cur;return newHead->next;}
};

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简介 JavaScript 代码是通过 JavaScript 脚本步骤来执行 JavaScript 脚本的一种方式。这允许用户在 Kettle 的数据流程中使用 JavaScript 编写自定义的脚本逻辑&#xff0c;用于数据处理、转换、计算等操作。 使用 场景 我需要在数据流加一个字段 createTime 当前时间&…
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Typescript语法二

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继承 继承是⾯向对象编程中的重要机制&#xff0c;允许⼀个类&#xff08;⼦类或派⽣类&#xff09;继承另⼀个类&#xff08;⽗类或基类&#xff09;的属性和⽅法。⼦类可以直接使⽤⽗类的特性&#xff0c;并根据需要添加新的特性或覆盖现有的特性。这种机制赋予⾯向对象程序良…
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【2024最新华为OD-C卷试题汇总】停车场车位统计(100分) - 三语言AC题解(Python/Java/Cpp)

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&#x1f36d; 大家好这里是清隆学长 &#xff0c;一枚热爱算法的程序员 ✨ 本系列打算持续跟新华为OD-C卷的三语言AC题解 &#x1f4bb; ACM银牌&#x1f948;| 多次AK大厂笔试 &#xff5c; 编程一对一辅导 &#x1f44f; 感谢大家的订阅➕ 和 喜欢&#x1f497; 文章目录 前…
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