数据结构----结构--线性结构--链式存储--链表

数据结构----结构–线性结构–链式存储–链表

1.链表的特点

空间可以不连续，长度不固定，相对于数组灵活自由

搜索：

时间复杂度O(n)

增删:

头增头删时间复杂度O(1)

其他时间复杂度为O(n)

扩展：单向循环链表的特性

从任意节点出发皆可遍历整个链表

2.链表的组成

链表由数据域和指针域组成

3.链表及其功能的实现

1.创建一个链表，并查看每一个链表中所存的值

//在Visual Studio 2022编译器下的用c语言的写法
#include <stdio.h>
#include<stdlib.h>typedef struct Node {int nValue;struct Node* pNext;}List;List* list() {List* m_phead = NULL;List* m_tail = NULL;int len;printf("请输入链表长度\n");scanf_s("%d", &len);while (len) {List* PTemp=(List*)malloc(sizeof(List));printf("请输入数据\n");int value;scanf_s("%d", &value);PTemp->nValue = value;PTemp->pNext = NULL;if (m_phead) {//不是空节点m_tail->pNext = PTemp;}else {//是空节点m_phead = PTemp;}m_tail = PTemp;len--;}return m_phead;
}void ShowList(List* m_phead) {while (m_phead) {printf("%d  ", m_phead->nValue);m_phead = m_phead->pNext;}
}int main() {List* list1=list();ShowList(list1);printf("\n");ShowList(list1);return 0;
}

思考如何将链表反向打印，不破环原有链表结构

方法：

1.暴力 时间复杂度O(n的平方) 空间复杂度O(1)

2.交换 时间复杂度O(n的平方) 空间复杂度O(看怎么使用交换来确定)

3.栈 时间复杂度O(n) 空间复杂度O(n)

4.头插法造新链表 时间复杂度O(n) 空间复杂度O(n)

5.数组 时间复杂度O(n) 空间复杂度O(n)

6.递归 时间复杂度O(n) 空间复杂度O(n)

这里用递归进行实现

//此函数的定义及其实现依赖于上面的链表代码
void ReserveList(List* head) {if (head->pNext == NULL) {//如果到了最后一个节点printf("%d  ", head->nValue);//打印该节点return;//返回}ReserveList(head->pNext);//先处理下一个printf("%d  ", head->nValue);//打印当前节点
}

2.将链表进行反转（用不消耗空间的方法）

消耗空间的方法：

1.栈

2.数组

3.递归

4.头插法创建一个新链表

不消耗空间的方法

用三个指针来实现

1.分别记三个指针为头，拿，断

2.处理：（1）插入 ：将拿的指针所指的节点的下一个节点改为头指针所指向的节点

​ （2）改变标记:头的指针所指向的节点变为拿的指针所指向的节点

​ 拿的指针所指向的节点变为断的指针所指向的节点

​ 断的指针所指向的节点为断的指针所指向的节点的下一个节点

代码实现
//此函数的定义及其实现依赖于上面的链表代码
List* FanZhuan(List* P_head) {if (P_head == NULL || P_head->pNext == NULL) return P_head;List* NewHead = NULL;List* Na = P_head;List* Duan = P_head->pNext;while (Duan) {Na->pNext = NewHead;NewHead = Na;Na = Duan;Duan = Duan->pNext;}Na->pNext = NewHead;return Na;
}

3.将两个链表进行合并且按照链表中数据的大小进行排序

方法：

1.定义两个指针一个确定新表头之后指向新表头（后续会对这个指针进行操作），一个指向新表头之后进行返回

2.处理：用传入的两个指针比较两链表，之后在新链表进行尾添加，然后相应的指针移到下一个节点，直到两个指针中的其中一个指针指向为空结束循环

3.将有剩余链表与新链表的尾部进行连接

代码实现

//此函数的定义及其实现依赖于上面的链表代码
List* HeBing(List* list1_head, List* list2_head) {if (!list1_head) {return list2_head;}if (!list2_head) {return list1_head;}List* newHead = NULL;List* HEAD = NULL;if (list1_head->nValue < list2_head->nValue) {//确定表头newHead = list1_head;HEAD = newHead;list1_head=list1_head->pNext;}else {newHead = list2_head;HEAD = newHead;list2_head = list2_head->pNext;}while (list1_head && list2_head) {//循环判断拼接链表if (list1_head->nValue < list2_head->nValue) {newHead->pNext = list1_head;newHead = newHead->pNext;list1_head = list1_head->pNext;}else {newHead->pNext = list2_head;newHead = newHead->pNext;list2_head = list2_head->pNext;}}if (list1_head) {newHead->pNext = list1_head;}if (list2_head) {newHead->pNext = list2_head;}return HEAD;
}

4.链表题目的练习

第一题（网址为https://leetcode.cn/problems/LGjMqU/）

题目：

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。

解决：

方法一：

暴力（不用这个）

方法二：

第一步：将这个链表从中间拆成两个链表（如果不是偶数长度，则前一个链表比后一个长一个节点）

第二步：翻转第二个链表

第三步：将两个链表进行合并，合并的方法为先第一个链表的节点，再第二个链表的节点，以此类推

代码如下
//这里的代码是c++语言下的
class Solution {
public:void reorderList(ListNode* head) {if(head->next==nullptr) return;int listsize=0;ListNode* headsize=head;while(headsize){//判断链表长度listsize++;headsize=headsize->next;}if(listsize==2){//如果链表长度为2，结束return;}headsize=nullptr;//将链表分成两个    int listsize2=listsize/2; //链表2长度int listsize1=listsize-listsize2;//链表1长度ListNode* Temp=nullptr;ListNode* head1=head;//链表一头节点ListNode* head2=head;//链表二if(listsize1==1){//将链表一与链表二断开 1Temp=head1;}while(listsize1--){//遍历获得链表二头节点head2=head2->next;if(listsize1==1){Temp=head2;//记录链表一的尾节点   }}Temp->next=nullptr;//将链表一与链表二断开 2Temp=nullptr;ListNode* Temp1=nullptr;ListNode* Temp2=nullptr;//将链表二进行翻转//链表长度大于1进行翻转if(listsize2>1){ListNode*NewlistHead=nullptr;ListNode*Na=head2;ListNode*Duan=head2->next;while(Duan){Na->next=NewlistHead;NewlistHead=Na;Na=Duan;Duan=Duan->next;}Na->next=NewlistHead;//将两链表进行拼接 第一种Temp1=head1;Temp2=Na;}else{//不大于1//将两链表进行拼接 第二种Temp1=head1;Temp2=head2;}while(1){ListNode* Temp3=Temp1->next;Temp1->next=Temp2;Temp1=Temp3;if(Temp2==nullptr||Temp1==nullptr){break;}ListNode* Temp4=Temp2->next;Temp2->next=Temp1;Temp2=Temp4;}}
};

第二题（网址为https://leetcode.cn/problems/3u1WK4/）

题目：

给定两个单链表的头节点 headA 和 headB ，请找出并返回两个单链表相交的起始节点。如果两个链表没有交点，返回 null 。

解决：

方法一：

暴力（不用这个 用的时间和空间太多了）

方法二：

栈 （两个链表出栈时，进行比较，看是否有相同的）

方法三：

差值法：

​ 第一步：遍历两个链表获得两个链表的长度

​ 第二步：进行相减，获得长度差

​ 第三步：长的那个先走长度差的距离，之后两个指向链表的指针一起走，

​ 如果两个指针指向相同的节点时，结束找到了。

​ 如果两个链表指向空地址了还没找到，结束没找到。

这里用方法三来写，方法三的代码如下
//这里的代码是c++语言下的
class Solution {
public:ListNode *getIntersectionNode(ListNode *headA, ListNode *headB) {int headAsize=0;int headBsize=0;ListNode*headA1=headA;ListNode*headB1=headB;int x=0;while(headA1){headAsize++;headA1=headA1->next;}while(headB1){headBsize++;headB1=headB1->next;}headA1=headA;headB1=headB;if(headAsize>=headBsize){x=headAsize-headBsize;while(x--){headA1=headA1->next;}}else{x=headBsize-headAsize;while(x--){headB1=headB1->next;}}while(1){if(headA1==headB1) return headA1;if(headA1==nullptr||headB1==nullptr) return 0;headA1=headA1->next;headB1=headB1->next;}}
};

第三题（网址为https://leetcode.cn/problems/c32eOV/）

题目：

给定一个链表，返回链表开始入环的第一个节点。 从链表的头节点开始沿着 next 指针进入环的第一个节点为环的入口节点。如果链表无环，则返回 null。

为了表示给定链表中的环，我们使用整数 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 仅仅是用于标识环的情况，并不会作为参数传递到函数中。

**说明：**不允许修改给定的链表。

解决：
方法一

快慢指针：
第一步：用快慢指针找到交点（如果找不到节点就是无环）

​ 第二步：将交点断开（之后要还原）

​ 第三步：定义从交点和起始点开始的两个指针，遍历获得长度

​ 第四步：进行相减，获得长度差

​ 第五步：长的那个先走长度差的距离，之后两个指向链表的指针一起走，

​ 两个指针指向相同的节点时，返回该节点。

方法二：

将链表进行翻转，将链表每一次要翻转的链表进行一个存储（用指针数组存），之后在存储的这个指针数组中，数组的头和尾一起往中间遍历，当第一次找到不一样的节点时，返回上一次的节点就是入环点

方法三：

数学推导法：

在这里插入图片描述

​ 经过推导得 a=(R-1)(b+c)+c

​ 所以得出只要用两个指针指向A点和C点并且同时同速度出发，最后就会在B点相遇，可得入环点

这里用方法一来写，方法一的代码如下
//这里的代码是c++语言下的
class Solution {
public:ListNode *detectCycle(ListNode *head) {if(head==nullptr){//如果没节点返回空，无环return head;}if(head->next==nullptr){//如果只有一个节点返回空，无环return 0;}//定义快慢指针ListNode *Fast=head;ListNode *Slow=head;//定义一个指针指向交点ListNode *JiaoDian=nullptr;ListNode *JiaoDian2=nullptr;//快慢指针进行遍历找到交点while(1){if(Fast->next==nullptr){//如果快指针会指向为空，无环return Fast->next;}else if(Fast->next->next==nullptr){return Fast->next->next;}Fast=Fast->next->next;Slow=Slow->next;if(Fast==Slow){//找到交点JiaoDian=Fast;JiaoDian2=Slow=Slow->next;//断点的下一个Fast->next=nullptr;//将交点断开，一会要还原break;}}//定义从交点和起始点开始的指针ListNode *StartJiao=Slow;ListNode *Start=head;//遍历两个指针获得长度int StartJiaolen=0;int Startlen=0;while(StartJiao){//起点开始的长度StartJiaolen++;StartJiao=StartJiao->next;}while(Start){//断点开始的长度Startlen++;Start=Start->next;}StartJiao=Slow;//回到起点Start=head;int chalen=0;//相差长度if(StartJiaolen>Startlen){chalen=StartJiaolen-Startlen;while(chalen--){//移动交点指针StartJiao=StartJiao->next;}}else{chalen=Startlen-StartJiaolen;while(chalen--){//移动开始指针Start=Start->next;}}while(1){//移动找到入口点if(Start==StartJiao){JiaoDian->next=JiaoDian2;return Start;}if(Start->next==nullptr||StartJiao->next==nullptr){return 0;}Start=Start->next;StartJiao=StartJiao->next;}}
};

第四题（网址为https://leetcode.cn/problems/fu-za-lian-biao-de-fu-zhi-lcof/）

题目：

请实现 copyRandomList 函数，复制一个复杂链表。在复杂链表中，每个节点除了有一个 next 指针指向下一个节点，还有一个 random 指针指向链表中的任意节点或者 null。

解决：
方法一：

​ 暴力 时间复杂度为O(n的平方) ，时间太久，不用此方法

方法二：

第一步：创建一个新链表（实现了next指针）

第二步：将两个链表交叉合并

第三步：实现（random指针）

第四步：将两个链表分开还原

第五步：返回新链表

时间复杂度为O(n) 空间复杂度为O(1)

代码如下
//这里的代码是c++语言下的
class Solution {
public:Node* copyRandomList(Node* head) {if(head==nullptr){return head;}Node* BianLi=head;//用于遍历原来链表的指针Node* NewHead=nullptr;//新链表Node* Temp=nullptr;//用来指向新链表的表头//添加完成新链表（random指针还没有实现）NewHead=Temp=NewNode(*BianLi);//表头BianLi=BianLi->next;while(BianLi){Node* Temp2=NewNode(*BianLi);BianLi=BianLi->next;Temp->next=Temp2;Temp=Temp->next;}//将两个链表相交连接Temp=NewHead;//重置  用于遍历新链表的指针BianLi=head;//重置  用于遍历原来链表的指针while(1){Node* LinShi1=BianLi->next;//临时变量BianLi->next=Temp;BianLi=LinShi1;if(BianLi==nullptr){break;}Node* LinShi2=Temp->next;//临时变量Temp->next=BianLi;Temp= LinShi2;}//将random指针实现Node* Temp3=head;//用于遍历合并后两个链表的指针int bool1=1;//判断是不是原有链表的节点while(1){//循环将复制的节点的复杂指针实现if(bool1%2==1){if(Temp3==nullptr){//结束条件break;}if(Temp3->random==nullptr){//如果指向为空，那对应的就给空，这里是因为我合并的那个链表只有一个nullptrTemp3->next->random=nullptr;}else{Temp3->next->random=Temp3->random->next;}}Temp3=Temp3->next;bool1+=1;}//将两个链表进行拆分Temp3=head;//重置 用于遍历合并后两个链表的指针while(1){if(Temp3==nullptr){//终止条件break;}Node* LinShi1=Temp3->next;//临时变量if(Temp3->next==nullptr||Temp3->next->next==nullptr){//最后两个数据的处理Temp3->next=nullptr;}else{Temp3->next=Temp3->next->next;}Temp3=LinShi1;}return NewHead;}//造新节点Node* NewNode(Node node){Node*newnode=(Node*)malloc(sizeof(Node));newnode->val=node.val;newnode->next=nullptr;newnode->random=nullptr;return newnode;}
};

5.如何判断一个数字是不是2的整数次幂（此题与链表无关）

整数为n 用n&(n-1)看是否等于0等于0就是2的整数次幂

6.找到一个数二进制是1的一位（随机的找是1的一位）（此题与链表无关）

整数为n 用n&(-n)就可以找到了

7.跳跃列表：SkipList（并不是一个链表结构）

跳跃列表基于有序链表

1.跳表查找的实现

1.根据链表的长度判断有几层 层数=log2的链表长度

2.每一层有哪些元素是根据概率来定的（每一个元素是否有的概率都是二分之一）

3.然后找数是从高层往低层找 在每一层跟链表中的元素做比较大于就取右边，小于就取左边，等于就是找到了（这一步和二分类似）

4.到最后一层看是否找到

2.跳表添加的实现

1.根据链表的长度判断有几层 层数=log2的链表长度

2.每一层有哪些元素是根据概率来定的（每一个元素是否有的概率都是二分之一）

3.然后从高层往低层 依次找到要添加的元素在每层该插入的地方，并存起来

4.根据概率判断每一层是否都有这个元素（概率是二分之一）

5.进行插入

8.哈希表（散列表）：hashTable

1.确定分组

用求整取余法 公式为：P=key%M(M是个数) （会产生哈希冲突问题）

2.定哈希冲突解决方案

1.开放定址法：

​ 1.线性探测

​ 2.二次探测

2.拉链法：

​ 第一步：定义一个链表结构体

​ 第二步：申请指针数组（数组中每个元素初值为空）

​ 第三步：元素入组（头插法）

​ 第四步：查找

用拉链法实现简单哈希表代码如下（此代码是用c语言写的）

#include <stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<windows.h>
typedef struct Node {int nValue;struct Node* pNext;}List;List* list() {List* m_phead = NULL;int len = 1;int date;printf("请输入数据\n");scanf_s("%d", &date);m_phead = (List*)malloc(sizeof(List));m_phead->nValue = date;m_phead->pNext = NULL;return m_phead;
}//申请指针数组
List** Array(int n) {List** array_head = (List**)(malloc(sizeof(List*) * n));memset(array_head, 0, (sizeof(List*) * n));return array_head;
}
//头插法
void pushhead(List* lst, List** arr) {lst->pNext = (*arr);*arr = lst;
}//元素入组
void TianJia(int x,int n, List* lst, List** arr) {int weiyi = x % n;List** temp = arr;while (weiyi--) {temp++;}if (*temp) {pushhead(lst, temp);}else {*temp = lst;}
}void ShowList(List* m_phead, int x) {while (m_phead) {if (m_phead->nValue == x) {printf("找到了");printf("%d", x);return;}m_phead = m_phead->pNext;}printf("没找到");
}
//查找
void find(int x, int n, List** arr) {int y = x % n;arr += y;ShowList(*arr, x);
}int main() {int n = 5;//申请指针数组List** arr=Array(n);List* lsti1 = list();TianJia(lsti1->nValue,n, lsti1, arr);//元素入组，List* lsti2 = list();TianJia(lsti2->nValue, n, lsti2, arr);//元素入组List* lsti3 = list();TianJia(lsti3->nValue, n, lsti3, arr);//元素入组List* lsti4 = list();TianJia(lsti4->nValue, n, lsti4, arr);//元素入组List* lsti5 = list();TianJia(lsti5->nValue, n, lsti5, arr);//元素入组find(2, n, arr);//查找元素return 0;
}

3.线性探测的优化

装载因子 α=元素/表长 <0.8 越趋近于0.8冲突的可能性越高

优化的方法就是申请的空间大些尽量让装载因子小于0.8

4.拉链法与线性探测优化各自的优势

拉链法：

​ 1.处理冲突简单

​ 2.删除数据容易

​ 3.适用于未知元素个数的情况

​ 4.处理元素所占空间大且多的情况，用的空间少

线性探测优化：

​ 处理元素所占空间小且少的情况，用的空间少

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