【数据结构与算法】之五道链表进阶面试题详解！-编程知识

1、链表的回文结构

2、相交链表

3、随机链表的复制

4、环形链表

5、环形链表（||）

6、完结散花

                                                     个人主页：秋风起，再归来~

                                                        数据结构与算法

   个人格言：悟已往之不谏，知来者犹可追

           克心守己，律己则安！

1、链表的回文结构

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。

测试样例：
1->2->2->1
返回：true
题目链接：OJ链接

解题代码：

ListNode* findMid(ListNode* head)
{struct ListNode* fast=head,*slow=head;while(fast){fast=fast->next->next;slow=slow->next;}return slow;
}ListNode* reverse(ListNode* mid)
{ListNode* n1=NULL;ListNode* n2=mid;ListNode* n3=mid->next;while(n2){n2->next=n1;n1=n2;n2=n3;if(n3){n3=n3->next;}}return n1;
}class PalindromeList {
public:bool chkPalindrome(ListNode* A) {// write code her//找中间节点ListNode* mid=findMid(A);//把中间节点后的节点逆置ListNode* rmid=reverse(A);while(A){if(A->val!=rmid->val){return false;}A=A->next;rmid=rmid->next;}return true;}
};

2、相交链表

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 。

图示两个链表在节点 c1 开始相交：

题目数据保证整个链式结构中不存在环。

注意，函数返回结果后，链表必须 保持其原始结构 。

自定义评测：

评测系统 的输入如下（你设计的程序 不适用 此输入）：

intersectVal - 相交的起始节点的值。如果不存在相交节点，这一值为 0
listA - 第一个链表
listB - 第二个链表
skipA - 在 listA 中（从头节点开始）跳到交叉节点的节点数
skipB - 在 listB 中（从头节点开始）跳到交叉节点的节点数

评测系统将根据这些输入创建链式数据结构，并将两个头节点 headA 和 headB 传递给你的程序。如果程序能够正确返回相交节点，那么你的解决方案将被 视作正确答案 。

示例 1：
输入：intersectVal = 8, listA = [4,1,8,4,5], listB = [5,6,1,8,4,5], skipA = 2, skipB = 3
输出：Intersected at '8'
解释：相交节点的值为 8 （注意，如果两个链表相交则不能为 0）。
从各自的表头开始算起，链表 A 为 [4,1,8,4,5]，链表 B 为 [5,6,1,8,4,5]。
在 A 中，相交节点前有 2 个节点；在 B 中，相交节点前有 3 个节点。
— 请注意相交节点的值不为 1，因为在链表 A 和链表 B 之中值为 1 的节点 (A 中第二个节点和 B 中第三个节点) 是不同的节点。换句话说，它们在内存中指向两个不同的位置，而链表 A 和链表 B 中值为 8 的节点 (A 中第三个节点，B 中第四个节点) 在内存中指向相同的位置。
示例 2：
输入：intersectVal = 2, listA = [1,9,1,2,4], listB = [3,2,4], skipA = 3, skipB = 1
输出：Intersected at '2'
解释：相交节点的值为 2 （注意，如果两个链表相交则不能为 0）。
从各自的表头开始算起，链表 A 为 [1,9,1,2,4]，链表 B 为 [3,2,4]。
在 A 中，相交节点前有 3 个节点；在 B 中，相交节点前有 1 个节点。
示例 3：
输入：intersectVal = 0, listA = [2,6,4], listB = [1,5], skipA = 3, skipB = 2
输出：null
解释：从各自的表头开始算起，链表 A 为 [2,6,4]，链表 B 为 [1,5]。
由于这两个链表不相交，所以 intersectVal 必须为 0，而 skipA 和 skipB 可以是任意值。
这两个链表不相交，因此返回 null 。
提示：

listA 中节点数目为 m
listB 中节点数目为 n
1 <= m, n <= 3 * 104
1 <= Node.val <= 105
0 <= skipA <= m
0 <= skipB <= n
如果 listA 和 listB 没有交点，intersectVal 为 0
如果 listA 和 listB 有交点，intersectVal == listA[skipA] == listB[skipB]

进阶：你能否设计一个时间复杂度 O(m + n) 、仅用 O(1) 内存的解决方案？

题目链接：OJ链接

解题代码：

struct ListNode *getIntersectionNode(struct ListNode *headA, struct ListNode *headB) 
{struct ListNode *tailA=headA,*tailB=headB;int lenA=0,lenB=0;while(tailA->next){lenA++;tailA=tailA->next;}while(tailB->next){lenB++;tailB=tailB->next;}if(tailA!=tailB)return NULL;int gap=abs(lenA-lenB);//差距步//假设A为长链表struct ListNode *longList=headA,*shortList=headB;if(lenA<lenB){longList=headB;shortList=headA;}while(gap--){longList=longList->next;}while(longList){if(longList==shortList)return shortList;longList=longList->next;shortList=shortList->next;}return NULL;
}

3、随机链表的复制

题目描述：

给你一个长度为 n 的链表，每个节点包含一个额外增加的随机指针 random ，该指针可以指向链表中的任何节点或空节点。

构造这个链表的 深拷贝。深拷贝应该正好由 n 个全新节点组成，其中每个新节点的值都设为其对应的原节点的值。新节点的 next 指针和 random 指针也都应指向复制链表中的新节点，并使原链表和复制链表中的这些指针能够表示相同的链表状态。复制链表中的指针都不应指向原链表中的节点 。

例如，如果原链表中有 X 和 Y 两个节点，其中 X.random --> Y 。那么在复制链表中对应的两个节点 x 和 y ，同样有 x.random --> y 。

返回复制链表的头节点。

用一个由 n 个节点组成的链表来表示输入/输出中的链表。每个节点用一个 [val, random_index] 表示：

val：一个表示 Node.val 的整数。
random_index：随机指针指向的节点索引（范围从 0 到 n-1）；如果不指向任何节点，则为 null 。

你的代码只接受原链表的头节点 head 作为传入参数。

示例 1：
输入：head = [[7,null],[13,0],[11,4],[10,2],[1,0]]
输出：[[7,null],[13,0],[11,4],[10,2],[1,0]]
示例 2：
输入：head = [[1,1],[2,1]]
输出：[[1,1],[2,1]]
示例 3：
输入：head = [[3,null],[3,0],[3,null]]
输出：[[3,null],[3,0],[3,null]]
提示：

0 <= n <= 1000
-104 <= Node.val <= 104
Node.random 为 null 或指向链表中的节点。

题目链接：OJ链接

解题代码：

struct Node* copyRandomList(struct Node* head) {struct Node* cur=head;//将复制的链表先尾插到原链表的后面while(cur){struct Node* copy=(struct Node*)malloc(sizeof(struct Node));copy->val=cur->val;copy->next=cur->next;cur->next=copy;cur=copy->next;}//复制链表的random的指向cur=head;while(cur){struct Node* copy=cur->next;if(cur->random==NULL){copy->random=NULL;}else{copy->random=cur->random->next;}cur=copy->next;}//将复制链表穿起来，并恢复原链表struct Node* copyhead=NULL,*copytail=NULL;cur=head;while(cur){struct Node* copy=cur->next;struct Node* next=copy->next;if(copyhead==NULL){copyhead=copytail=copy;}else{copytail->next=copy;copytail=copytail->next;}cur->next=next;//恢复原链表cur=next;}return copyhead;
}

4、环形链表

题目描述：

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。
示例 2：
输入：head = [1,2], pos = 0
输出：true
解释：链表中有一个环，其尾部连接到第一个节点。
示例 3：
输入：head = [1], pos = -1
输出：false
解释：链表中没有环。
提示：

链表中节点的数目范围是 [0, 104]
-105 <= Node.val <= 105
pos 为 -1 或者链表中的一个 有效索引 。

进阶：你能用 O(1)（即，常量）内存解决此问题吗？

题目链接：OJ链接

解题代码：

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;
}

5、环形链表（||）

题目描述：

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。
示例 2：
输入：head = [1,2], pos = 0
输出：返回索引为 0 的链表节点
解释：链表中有一个环，其尾部连接到第一个节点。
示例 3：
输入：head = [1], pos = -1
输出：返回 null
解释：链表中没有环。
提示：

链表中节点的数目范围在范围 [0, 104] 内
-105 <= Node.val <= 105
pos 的值为 -1 或者链表中的一个有效索引

进阶：你是否可以使用 O(1) 空间解决此题？

题目链接：OJ链接

解题代码：

 struct ListNode * 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 fast;}}return NULL;
}
struct ListNode *detectCycle(struct ListNode *head) {if(hasCycle(head)==NULL){return NULL;}else{struct ListNode* meet=hasCycle(head);struct ListNode* cur=head;while(cur){if(cur==meet){return cur;}cur=cur->next;meet=meet->next;}}return NULL;
}