Day3 第二章 链表part2

了解链表

1. 什么是链表

链表是一种通过指针串联在一起的线性结构，每一个节点由两部分组成，一个是数据域一个是指针域（存放指向下一个节点的指针），最后一个节点的指针域指向null（空指针的意思）。

2. Python中实现链表的生成

class ListNode: """链表的节点类""" def __init__(self, val=0, next=None): self.val = val # 数据域：存数据 self.next = next # 指针域：存下一个节点的引用 # ===== 手动构建一个链表: 1 -> 2 -> 3 ===== node3 = ListNode(3) # 尾节点，next 默认 None node2 = ListNode(2, node3) # node2.next = node3 node1 = ListNode(1, node2) # node1.next = node2 head = node1 # head 指向第一个节点

首先先说明几个点

1.头节点指的是第一个节点，而head不是头节点，他只是指向头节点的一个变量（Leecode和python算法中是这么定义的，而传统教材认为头节点就是head，这里我们认为头节点是第一个有效节点）。head认为是头，而node1是头节点

2. 最后一个节点，我们代码定义里面是，node3 = ListNode(3)，只有val，然后next看上面的定义函数，next=None，如果不赋值就是None，所以最后一个节点指向是空。

3.head对应的就是头节点的地址，所以比如说X=head，就是把头节点的地址赋值给X。

3. 链表的类型

1.单链表，也就是我们上面定义的这种

2.双链表

双链表：每一个节点有两个指针域，一个指向下一个节点，一个指向上一个节点。

双链表 既可以向前查询也可以向后查询。

3.循环链表

循环链表，顾名思义，就是链表首尾相连。

循环链表可以用来解决约瑟夫环问题。

4. 链表的存储方法

数组是在内存中是连续分布的，但是链表在内存中可不是连续分布的。

链表是通过指针域的指针链接在内存中各个节点。

所以链表中的节点在内存中不是连续分布的 ，而是散乱分布在内存中的某地址上，分配机制取决于操作系统的内存管理。

5. 链表的定义

class ListNode: def __init__(self, val=0, next=None): self.val = val self.next = next

node = ListNode(5) # val=5, next=None head = ListNode(5, node2) # val=5, next=node2 empty = ListNode() # val=0, next=None（全用默认值）

6. 链表的操作

1. 删除节点

删除D节点

C.next = E # 或者写成 C.next = D.next

python中不需要吧D节点删除，会自动回收节点，而C之类的，需要自己手动删除该节点，

即delete D

但是注意，删除操作是O(1)，但是还需要找到前驱节点C是O(n)

# 假设要删除值为 target 的节点 cur = head while cur and cur.next: if cur.next.val == target: cur.next = cur.next.next # O(1) 删除 break # Python 自动回收被跳过的节点 cur = cur.next # O(n) 查找

2. 添加节点

2.1 在节点C之后插入X

X.next = C.next # 先接后面！顺序不能反 C.next = X # 再接前面

注意顺序，否则会导致链表断裂

2.2 在头节点插入

X.next = head head = X # head 指向新节点

注意，head对应的就是原本头节点的地址，直接赋值给X就行

7. 链表和数组的性能分析

移除链表元素

题目

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：[] 提示： 列表中的节点数目在范围 [0, 104] 内 1 <= Node.val <= 50 0 <= val <= 50

思路

引入dummy，作为头的头，然后再使用cur作为一个指针，来进行删除操作，最后返回头

引伸出来的问题-应该是后面所有链表通用的问题

1. dummy是啥

这是个虚拟头，指向的是头，即头的头。

2. 为什么需要cur

cur是一个指针，用来进行删除中间的一些值。为什么不直接使用dummy，因为如果直接用dummy，我们后面就找不到头了，因为dummy会跑到最后去。

3. 为什么用dummy而不是直接使用原来的头

因为如果使用原来的头，就会出现一个问题，当头节点是我们需要删除的，那么就会出现我们头已经往后走了，我们需要知道前面一个节点，才能修改，而使用头的头，就不需要考虑这个问题了。尤其是出现前几个都是需要删除的时候，我们还需要使用while循环一直判断是不是val，然后一直跳过，并且代码会出现割裂，一会使用head一会使用cur。

4. dummy和cur是同一地址空间

是的，cur指向的是dummy，他们是同一地址空间

5. 为什么使用dummy.next而不是head

因为这里是值拷贝，而不是引用绑定，dummy = ListNode(next=head)只是把头节点的地址拷贝过来了，即dummy.next是6的地址，而head和dummy是两个变量了。

6. 个人理解一下

head是第一个头节点的地址，而dummy.next是第一个头节点的地址，所以dummy.next=head=第一个头节点地址。但是这里只是地址，而不是说dummy.next=head，因为head不是节点。然后链表是用地址链接的，head只是一个地址，我们改的是dummy.next而不是head。

7. 索引问题

第一个头指针的索引是0，而不是1

代码

# Definition for singly-linked list. class ListNode: def __init__(self, val=0, next=None): self.val = val self.next = next class Solution: def removeElements(self, head: ListNode, val: int) -> ListNode: # 1. 创建 dummy 节点，next 指向原头节点 dummy = ListNode(next=head) # 2. cur 从 dummy 开始遍历（cur 始终是被检查节点的"前驱"） cur = dummy while cur.next: if cur.next.val == val: # 删除操作：跳过目标节点，cur 不动（因为新的 cur.next 还没检查） cur.next = cur.next.next else: # 当前 cur.next 不是目标，cur 安全前进 cur = cur.next # 3. 返回 dummy.next，即新链表的真正头节点 return dummy.next

题目链接

203. 移除链表元素 - 力扣（LeetCode）

设计链表

题目

你可以选择使用单链表或者双链表，设计并实现自己的链表。 单链表中的节点应该具备两个属性：val 和 next 。val 是当前节点的值，next 是指向下一个节点的指针/引用。 如果是双向链表，则还需要属性 prev 以指示链表中的上一个节点。假设链表中的所有节点下标从 0 开始。 实现 MyLinkedList 类： MyLinkedList() 初始化 MyLinkedList 对象。 int get(int index) 获取链表中下标为 index 的节点的值。如果下标无效，则返回 -1 。 void addAtHead(int val) 将一个值为 val 的节点插入到链表中第一个元素之前。在插入完成后，新节点会成为链表的第一个节点。 void addAtTail(int val) 将一个值为 val 的节点追加到链表中作为链表的最后一个元素。 void addAtIndex(int index, int val) 将一个值为 val 的节点插入到链表中下标为 index 的节点之前。如果 index 等于链表的长度，那么该节点会被追加到链表的末尾。如果 index 比长度更大，该节点将 不会插入 到链表中。 void deleteAtIndex(int index) 如果下标有效，则删除链表中下标为 index 的节点。

代码

class ListNode(object): def __init__(self, val=0, next=None): self.val = val self.next = next class MyLinkedList(object): def __init__(self): self.dummy = ListNode() self.size = 0 def get(self, index): """ :type index: int :rtype: int """ if index < 0 or index >= self.size: return -1 cur = self.dummy.next for _ in range(index): cur = cur.next return cur.val def addAtHead(self, val): """ :type val: int :rtype: None """ self.dummy.next = ListNode(val, self.dummy.next) self.size += 1 def addAtTail(self, val): """ :type val: int :rtype: None """ cur = self.dummy while cur.next: cur = cur.next cur.next = ListNode(val) self.size += 1 def addAtIndex(self, index, val): """ :type index: int :type val: int :rtype: None """ # ✅ 核心修复：此处必须判断 index，而非 val # 允许在尾部追加，所以是 > 而不是 >= if index < 0 or index > self.size: return cur = self.dummy for _ in range(index): cur = cur.next cur.next = ListNode(val, cur.next) self.size += 1 def deleteAtIndex(self, index): """ :type index: int :rtype: None """ if index < 0 or index >= self.size: return cur = self.dummy for _ in range(index): cur = cur.next cur.next = cur.next.next self.size -= 1 # Your MyLinkedList object will be instantiated and called as such: # obj = MyLinkedList() # param_1 = obj.get(index) # obj.addAtHead(val) # obj.addAtTail(val) # obj.addAtIndex(index,val) # obj.deleteAtIndex(index)

难点：

1. 判断大于还是大于等于

2. self.size的使用，可以防止每次都循环遍历查链表长度

3. dummy不计入，因为self.dummy = ListNode() self.size = 0，这样子赋值的

题目链接

707. 设计链表 - 力扣（LeetCode）

反转列表

推荐直接看视频，然后来写代码

【帮你拿下反转链表 | LeetCode：206.反转链表 | 双指针法 | 递归法】https://www.bilibili.com/video/BV1nB4y1i7eL?vd_source=a645f71d9fefc256478e13ce6e9c2602

题目

题意：反转一个单链表。 示例: 输入: 1->2->3->4->5->NULL 输出: 5->4->3->2->1->NULL

思路

第一种思路，反转列表，然后两个指针，cur表示当前，pre表示前一个，还需要一个临时指针保存cur的位置，不然反转的时候，连不上了。然后思路就是看那个视频，说的还是比较清晰的

第二种思路是递归，就是把上一个思路进行递归，当然递归需要注意，递归的参数，递归的停止条件（这个很重要）

代码

双指针法

# Definition for singly-linked list. # class ListNode: # def __init__(self, val=0, next=None): # self.val = val # self.next = next class Solution: def reverseList(self, head: Optional[ListNode]) -> Optional[ListNode]: prev = None cur = head while cur is not None: nxt = cur.next # 1. 暂存下一个节点（防止断链） cur.next = prev # 2. 翻转当前节点的指向 prev = cur # 3. prev 前进一步 cur = nxt # 4. cur 前进一步 return prev # 循环结束时 cur=None，prev 就是新的头节点

递归法

class Solution: def reverseList(self, head: ListNode) -> ListNode: return self.reverse(None, head) def reverse(self, pre: ListNode, cur: ListNode) -> ListNode: if cur is None: # 对应 while cur: 的终止条件 return pre temp = cur.next # 保存下一个节点 cur.next = pre # 翻转 return self.reverse(cur, temp) # 对应 pre=cur; cur=temp

1. if cur is None: 这是递归的重点，找到终止条件

2. temp = cur.next cur.next = pre 这一步就是前面的存节点，然后反转

3. return self.reverse(cur, temp) 这步看着很懵，但是其实就是，pre = cur cur = next，但是我没有这样赋值，因为我可以直接用递归调用，里面也有参数，也就是pre和cur，我直接把cur和next对应放进去，就是赋值了。 或者你也可以多一步，pre = cur cur = next，然后self.reverse(pre,cur)， 本质是一样的，只是这里少了这步，直接我们就放进去了

题目链接

206. 反转链表 - 力扣（LeetCode）