经典算法之链表篇（二）

一：重排链表（LeetCode.143）

二：删除链表的节点（LCR 136. 删除链表的节点）

三：K个一组反转链表（LeetCode.25）

有关经典算法链表的第一篇内容，可以查看我的上一篇内容：经典算法之链表篇（一）

一：重排链表（LeetCode.143）

问题描述：

给定一个单链表 L 的头节点 head ，单链表 L 表示为：

L0 → L1 → … → Ln-1 → Ln请将其重新排列后变为：
L0 → Ln → L1 → Ln-1 → L2 → Ln-2 → …
不能只是单纯的改变节点内部的值，而是需要实际的进行节点交换。

示例：

输入: head = [1,2,3,4]
输出: [1,4,2,3]

示例2：

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

解题思路：

找到链表中点：使用快慢指针找到链表的中点。快指针每次移动两步，慢指针每次移动一步，当快指针到达链表末尾时，慢指针指向链表中点。

反转后半部分链表：从中点处将链表分为两部分，将后半部分链表进行反转。

合并链表：将前半部分链表和反转后的后半部分链表依次交替合并，即可得到重新排列后的链表。

处理边界情况：需要注意链表为空或只有一个节点的情况，直接返回即可
图示：
第一步：

第二步：

第三步：

第四步：

代码实现：

class ListNode {int val;ListNode next;ListNode(int x) { val = x; }
}class Solution {public void reorderList(ListNode head) {if (head == null || head.next == null) return;// 找到链表的中间节点ListNode slow = head;ListNode fast = head;while (fast.next != null && fast.next.next != null) {slow = slow.next;fast = fast.next.next;}// 反转后半部分链表ListNode pre = null;ListNode cur = slow.next;slow.next = null; // 断开前后两部分链表while (cur != null) {ListNode next = cur.next;cur.next = pre;pre = cur;cur = next;}// 合并两部分链表ListNode p1 = head;ListNode p2 = pre;while (p2 != null) {ListNode tmp1 = p1.next;ListNode tmp2 = p2.next;p1.next = p2;p2.next = tmp1;p1 = tmp1;p2 = tmp2;}}
}public class Main {public static void main(String[] args) {int[] nums = {1, 2, 3, 4, 5};ListNode head = createList(nums);// 重排链表Solution solution = new Solution();solution.reorderList(head);// 输出重排后的链表printList(head);}// 创建链表public static ListNode createList(int[] nums) {if (nums.length == 0) return null;ListNode head = new ListNode(nums[0]);ListNode cur = head;for (int i = 1; i < nums.length; ++i) {cur.next = new ListNode(nums[i]);cur = cur.next;}return head;}// 输出链表public static void printList(ListNode head) {ListNode cur = head;while (cur != null) {System.out.print(cur.val + " ");cur = cur.next;}System.out.println();}
}

二：删除链表的节点（LCR 136. 删除链表的节点）

问题描述：

给定单向链表的头指针和一个要删除的节点的值，定义一个函数删除该节点。

返回删除后的链表的头节点。

示例：

输入: head = [4,5,1,9], val = 5
输出: [4,1,9]
解释: 给定你链表中值为 5 的第二个节点，那么在调用了你的函数之后，该链表应变为 4 -> 1 -> 9.

解题思路：

判断链表是否为空，若为空直接返回 nullptr。

创建一个虚拟头节点 dummy，并将其指向头节点 head，这样做是为了方便处理头节点的删除操作。

初始化两个指针 pre 和 cur，分别指向虚拟头节点和头节点。

遍历链表，查找要删除的节点：

如果当前节点的值等于要删除的值 val，则将前一个节点 pre 的 next 指针指向当前节点的下一个节点 cur->next，即完成删除操作。

否则，更新 pre 和 cur 指针，继续遍历链表。

完成遍历后，更新头节点 head 为虚拟头节点的下一个节点 dummy->next，即删除可能存在的头节点。

释放虚拟头节点的内存，避免内存泄漏。

返回更新后的头节点 head。
图示：
第一步：

第二步：

第三步：遍历链表，查找要删除的节点
第四步：

代码演示：

class ListNode {int val;ListNode next;ListNode(int x) {val = x;}
}class Solution {public ListNode deleteNode(ListNode head, int val) {if (head == null) return null; // 如果链表为空，直接返回 null// 创建一个虚拟头节点，方便处理头节点的删除ListNode dummy = new ListNode(0);dummy.next = head;ListNode pre = dummy; // 前一个节点指针ListNode cur = head; // 当前节点指针while (cur != null) {if (cur.val == val) { // 如果当前节点的值等于要删除的值pre.next = cur.next; // 将前一个节点的指针指向当前节点的下一个节点break; // 找到并删除节点后退出循环}pre = cur; // 更新前一个节点指针cur = cur.next; // 更新当前节点指针}head = dummy.next; // 更新头节点return head; // 返回头节点}
}public class Main {// 创建链表public static ListNode createList(int[] nums) {if (nums.length == 0) return null;ListNode head = new ListNode(nums[0]);ListNode cur = head;for (int i = 1; i < nums.length; ++i) {cur.next = new ListNode(nums[i]);cur = cur.next;}return head;}// 输出链表public static void printList(ListNode head) {ListNode cur = head;while (cur != null) {System.out.print(cur.val + " ");cur = cur.next;}System.out.println();}public static void main(String[] args) {// 输入链表int[] nums = {4, 5, 1, 9};ListNode head = createList(nums);int val = 5;// 删除指定值的节点Solution solution = new Solution();head = solution.deleteNode(head, val);// 输出删除后的链表printList(head);}
}

三：K个一组反转链表（LeetCode.25）

问题描述：

给你链表的头节点 head ，每 k 个节点一组进行翻转，请你返回修改后的链表。

k 是一个正整数，它的值小于或等于链表的长度。如果节点总数不是 k 的整数倍，那么请将最后剩余的节点保持原有顺序。

你不能只是单纯的改变节点内部的值，而是需要实际进行节点交换。

示例：

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

示例二：

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

解题思路：

创建一个虚拟头节点 dummy，将其 next 指向原链表的头节点 head，方便处理头部的特殊情况。

使用 pre 指针来记录每个需要翻转的子链表的前一个节点。初始时，pre 指向虚拟头节点。

在循环中，先找到需要翻转的子链表的起始节点 start 和结束节点 end。如果剩余节点不足 k 个，则结束循环。

将当前子链表与下一个子链表断开，即将 end->next 置为 nullptr。

调用 reverse 函数翻转当前子链表，并将翻转后的子链表连接到前一个子链表的末尾，即将 pre->next 指向翻转后的子链表的头节点。

将翻转后的子链表的末尾与下一个子链表的开头连接，即将 start->next 指向下一个需要翻转的子链表的第一个节点。

更新 pre 指向下一个需要翻转的子链表的前一个节点。

循环直到所有子链表都被翻转。
图示：
第一步：

第二步：

第三步：

第四步：

第五步：

第六步：

第七步：

代码演示：

class ListNode {int val;ListNode next;ListNode(int x) { val = x; }
}class Solution {public ListNode reverseKGroup(ListNode head, int k) {ListNode dummy = new ListNode(0); // 创建一个虚拟头节点，方便处理头部的特殊情况dummy.next = head;ListNode prev = dummy; // prev 指向每个需要翻转的子链表的前一个节点while (true) {ListNode start = prev.next; // start 指向当前需要翻转的子链表的第一个节点ListNode end = prev; // end 指向当前需要翻转的子链表的最后一个节点for (int i = 0; i < k && end != null; ++i) {end = end.next; // 找到当前需要翻转的子链表的最后一个节点}if (end == null) {break; // 如果剩余节点不足 k 个，结束循环}ListNode nextGroup = end.next; // nextGroup 指向下一个需要翻转的子链表的第一个节点end.next = null; // 将当前子链表与下一个子链表断开prev.next = reverse(start); // 翻转当前子链表，并将翻转后的子链表连接到前一个子链表的末尾start.next = nextGroup; // 将翻转后的子链表的末尾与下一个子链表的开头连接prev = start; // 更新 prev 指向下一个需要翻转的子链表的前一个节点}return dummy.next; // 返回虚拟头节点的下一个节点作为翻转后的链表的头节点}private ListNode reverse(ListNode head) {ListNode prev = null;ListNode curr = head;while (curr != null) {ListNode next = curr.next;curr.next = prev;prev = curr;curr = next;}return prev;}
}public class Main {public static void main(String[] args) {ListNode head = new ListNode(1);head.next = new ListNode(2);head.next.next = new ListNode(3);head.next.next.next = new ListNode(4);head.next.next.next.next = new ListNode(5);Solution solution = new Solution();ListNode newHead = solution.reverseKGroup(head, 2);printList(newHead); // 输出：2 1 4 3 5}private static void printList(ListNode head) {ListNode curr = head;while (curr != null) {System.out.print(curr.val + " ");curr = curr.next;}System.out.println();}
}

总结：