LeetCode第21~25题解

CONTENTS

    • LeetCode 21. 合并两个有序链表(简单)
    • LeetCode 22. 括号生成(中等)
    • LeetCode 23. 合并K个升序链表(困难)
    • LeetCode 24. 两两交换链表中的节点(中等)
    • LeetCode 25. K 个一组翻转链表(困难)

LeetCode 21. 合并两个有序链表(简单)

【题目描述】

将两个升序链表合并为一个新的升序链表并返回。新链表是通过拼接给定的两个链表的所有节点组成的。

【示例1】

在这里插入图片描述

输入:l1 = [1,2,4], l2 = [1,3,4]
输出:[1,1,2,3,4,4]

【示例2】

输入:l1 = [], l2 = []
输出:[]

【示例3】

输入:l1 = [], l2 = [0]
输出:[0]

【提示】

两个链表的节点数目范围是 [0, 50]
− 100 ≤ N o d e . v a l ≤ 100 -100\le Node.val\le 100 100Node.val100
l1l2 均按非递减顺序排列

【分析】


直接模拟即可,每次取两个链表中较小的结点,接到新链表的后面,如果其中一个链表空了,则直接将另一个链表接到新链表的后面。


【代码】

/*** Definition for singly-linked list.* struct ListNode {*     int val;*     ListNode *next;*     ListNode() : val(0), next(nullptr) {}*     ListNode(int x) : val(x), next(nullptr) {}*     ListNode(int x, ListNode *next) : val(x), next(next) {}* };*/
class Solution {
public:ListNode* mergeTwoLists(ListNode* list1, ListNode* list2) {auto dummy = new ListNode(-1), cur = dummy;  // 用auto才能并排写while (list1 && list2)if (list1->val < list2->val) cur = cur->next = list1, list1 = list1->next;else cur = cur->next = list2, list2 = list2->next;if (list1) cur->next = list1;else if (list2) cur->next = list2;return dummy->next;}
};

LeetCode 22. 括号生成(中等)

【题目描述】

数字 n 代表生成括号的对数,请你设计一个函数,用于能够生成所有可能的并且有效的括号组合。

【示例1】

输入:n = 3
输出:["((()))","(()())","(())()","()(())","()()()"]

【示例2】

输入:n = 1
输出:["()"]

【提示】

1 ≤ n ≤ 8 1\le n\le 8 1n8

【分析】


本题只有小括号,对于这类问题,判断一个括号序列是否合法有一些很重要的推论:

  • 任意前缀中,( 数量一定大于等于 ) 数量(最重要);
  • () 的数量相等。

我们可以使用 DFS 搜索方案,对于每个位置,只要当前 ( 的数量小于 n n n 就可以填入,而填入 ) 需要满足当前 ) 的数量小于 n n n 且小于 ( 的数量。


【代码】

class Solution {
public:vector<string> res;vector<string> generateParenthesis(int n) {dfs(n, 0, 0, "");return res;}void dfs(int n, int lc, int rc, string now)  // lc和rc分别表示左右括号的数量{if (lc == n && rc == n) { res.push_back(now); return; }if (lc < n) dfs(n, lc + 1, rc, now + '(');if (rc < n && rc < lc) dfs(n, lc, rc + 1, now + ')');}
};

LeetCode 23. 合并K个升序链表(困难)

【题目描述】

给你一个链表数组,每个链表都已经按升序排列。
请你将所有链表合并到一个升序链表中,返回合并后的链表。

【示例1】

输入:lists = [[1,4,5],[1,3,4],[2,6]]
输出:[1,1,2,3,4,4,5,6]
解释:链表数组如下:
[1->4->5,1->3->4,2->6
]
将它们合并到一个有序链表中得到。
1->1->2->3->4->4->5->6

【示例2】

输入:lists = []
输出:[]

【示例3】

输入:lists = [[]]
输出:[]

【提示】

k = = l i s t s . l e n g t h k == lists.length k==lists.length
0 ≤ k ≤ 1 0 4 0\le k\le 10^4 0k104
0 ≤ l i s t s [ i ] . l e n g t h ≤ 500 0\le lists[i].length\le 500 0lists[i].length500
− 1 0 4 ≤ l i s t s [ i ] [ j ] ≤ 1 0 4 -10^4\le lists[i][j]\le 10^4 104lists[i][j]104
lists[i]升序排列
lists[i].length 的总和不超过 1 0 4 10^4 104

【分析】


和第21题差不多,我们每次从这 K K K 个链表中找出最小的结点,将其接到新链表的后面,可以使用一个小根堆(优先队列 priority_queue 来维护最小值)。需要注意的是我们需要写一个排序算法,C++ 中优先队列的排序算法不是传入一个函数,而是重载了 () 的结构体,具体实现方式见代码部分。


【代码】

/*** Definition for singly-linked list.* struct ListNode {*     int val;*     ListNode *next;*     ListNode() : val(0), next(nullptr) {}*     ListNode(int x) : val(x), next(nullptr) {}*     ListNode(int x, ListNode *next) : val(x), next(next) {}* };*/
class Solution {
public:struct Cmp{// 默认是大根堆,因此用大于号翻转为小根堆,注意一定要有{}bool operator() (ListNode*& a, ListNode*& b) { return a->val > b->val; } };ListNode* mergeKLists(vector<ListNode*>& lists) {auto dummy = new ListNode(-1), cur = dummy;priority_queue<ListNode*, vector<ListNode*>, Cmp> Q;  // 传入比较结构体for (auto list: lists)if (list) Q.push(list);  // 判断是否为空while (Q.size()){auto t = Q.top(); Q.pop();cur = cur->next = t;if (t->next) Q.push(t->next);}return dummy->next;}
};

LeetCode 24. 两两交换链表中的节点(中等)

【题目描述】

给你一个链表,两两交换其中相邻的节点,并返回交换后链表的头节点。你必须在不修改节点内部的值的情况下完成本题(即,只能进行节点交换)。

【示例1】

在这里插入图片描述

输入:head = [1,2,3,4]
输出:[2,1,4,3]

【示例2】

输入:head = [1,2,3,4]
输出:[2,1,4,3]

【示例3】

输入:head = [1]
输出:[1]

【提示】

链表中节点的数目在范围 [0, 100]
0 ≤ N o d e . v a l ≤ 100 0\le Node.val\le 100 0Node.val100

【分析】


我们通过画图可以更加直观地分析:

在这里插入图片描述

具体步骤如下:

  1. P->nextP->next->next 存在时,将其分别记为 AB
  2. P->next = B
  3. A->next = B->next
  4. B->next = A
  5. P = A

【代码】

/*** Definition for singly-linked list.* struct ListNode {*     int val;*     ListNode *next;*     ListNode() : val(0), next(nullptr) {}*     ListNode(int x) : val(x), next(nullptr) {}*     ListNode(int x, ListNode *next) : val(x), next(next) {}* };*/
class Solution {
public:ListNode* swapPairs(ListNode* head) {auto dummy = new ListNode(-1), cur = dummy;dummy->next = head;while (cur->next && cur->next->next){auto a = cur->next, b = cur->next->next;cur->next = b, a->next = b->next, b->next = a, cur = a;}return dummy->next;}
};

LeetCode 25. K 个一组翻转链表(困难)

【题目描述】

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1】

在这里插入图片描述

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

【示例2】

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

【提示】

链表中的节点数目为 n n n
1 ≤ k ≤ n ≤ 5000 1\le k\le n\le 5000 1kn5000
0 ≤ N o d e . v a l ≤ 1000 0\le Node.val\le 1000 0Node.val1000

【分析】


和上一题的分析类似,我们先画出示意图:

在这里插入图片描述

具体步骤如下:

  1. 先遍历一次看看 P 后面是否存在 K 个结点,若不存在直接返回结果,若存在则记最后一个结点为 V
  2. 分别将 P->nextP->next->next 记为 AB
  3. P->next = V
  4. A->next = V->next
  5. P = A
  6. B->next 记为 C
  7. B->next = A
  8. A = B, B = C
  9. 重复6~8共 K − 1 K-1 K1 次。

【代码】

/*** Definition for singly-linked list.* struct ListNode {*     int val;*     ListNode *next;*     ListNode() : val(0), next(nullptr) {}*     ListNode(int x) : val(x), next(nullptr) {}*     ListNode(int x, ListNode *next) : val(x), next(next) {}* };*/
class Solution {
public:ListNode* reverseKGroup(ListNode* head, int k) {auto dummy = new ListNode(-1), cur = dummy;dummy->next = head;while (true){auto v = cur;for (int i = 0; i < k; i++)if (v->next == nullptr) return dummy->next;else v = v->next;auto a = cur->next, b = cur->next->next;cur->next = v, a->next = v->next, cur = a;for (int i = 0; i < k - 1; i++){auto c = b->next;b->next = a, a = b, b = c;}}return dummy->next;  // 此行避免报错,不会执行}
};

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