算法打卡第五天

15.删除节点的倒数第N个节点

（力扣19题）

给你一个链表，删除链表的倒数第 n 个结点，并且返回链表的头结点。

示例 1：

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

示例 2：

输入：head = [1], n = 1
输出：[]

示例 3：

输入：head = [1,2], n = 1
输出：[1]

#include <iostream>
using namespace std;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 *removeNthFromEnd(ListNode *head, int n){ListNode *dummuHead = new ListNode(0);dummuHead->next = head;// 快慢指针ListNode *fast = dummuHead;ListNode *slow = dummuHead;// 快指针移动while (n-- && fast != nullptr){fast = fast->next;}// 快指针在移动一步，为了慢指针指针删除的前一个fast = fast->next;// 快慢指针同时移动while (fast){slow = slow->next;fast = fast->next;}// 找到删除节点的前一个节点 删除节点ListNode *tmp = slow->next;slow->next = slow->next->next;delete tmp;tmp = nullptr;// 返回头节点ListNode *result = dummuHead->next;delete dummuHead;dummuHead = nullptr;return result;  }
};

返回节点指针是安全的，因为指针指向节点，是new出来的在堆区上的，是程序员控制生命周期，不会随着局部函数生命周期结束而接受，所以可以返回

16.环形链表II

（力扣142题）

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。

解题步骤：

1. 判断链表是否有环：
   • 使用快慢指针法。定义两个指针fast和slow，初始时都指向链表的头节点head。
   • 在循环中，slow指针每次向前移动一步，fast指针每次向前移动两步。
   • 如果链表中存在环，fast指针最终会追上slow指针，即两者相遇。
   • 如果fast指针先到达链表末尾（即fast或fast->next为NULL），说明链表中不存在环，直接返回NULL。
2. 找到环的入口：
   • 当快慢指针相遇时，说明链表中存在环。
   • 此时，定义两个新的指针index1和index2，index1从链表头节点开始，index2从相遇点开始。
   • 每次将index1和index2各向前移动一步，直到它们相遇。相遇点即为环的入口。
   • 返回环的入口节点。

• 解题思路

• 问题描述：给定一个单链表，判断链表中是否存在环，并找到环的入口节点。如果链表中不存在环，则返回NULL。

• 解题步骤：

• 判断链表是否有环：

  • 使用快慢指针法。定义两个指针fast和slow，初始时都指向链表的头节点head。
  • 在循环中，slow指针每次向前移动一步，fast指针每次向前移动两步。
  • 如果链表中存在环，fast指针最终会追上slow指针，即两者相遇。
  • 如果fast指针先到达链表末尾（即fast或fast->next为NULL），说明链表中不存在环，直接返回NULL。

• 找到环的入口：

  • 当快慢指针相遇时，说明链表中存在环。
  • 此时，定义两个新的指针index1和index2，index1从链表头节点开始，index2从相遇点开始。
  • 每次将index1和index2各向前移动一步，直到它们相遇。相遇点即为环的入口。
  • 返回环的入口节点。

• 数学原理：

• 假设链表的头节点到环的入口的距离为a，环的长度为b。

• 当快慢指针相遇时，slow指针走了a + x步，fast指针走了a + x + nb步（n为某个正整数）。

• 因为fast指针的速度是slow指针的两倍，所以有：

  2(a+x)=a+x+nb

  化简得：

  a+x=nb

  这意味着从相遇点再走a步，就会回到环的入口。

  • 因此，从链表头节点和相遇点各定义一个指针，每次各走一步，它们会在环的入口相遇。

#include <iostream>
using namespace std;//  Definition for singly-linked list.
struct ListNode
{int val;ListNode *next;ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
};class Solution
{
public:// 使用双指针法ListNode *detectCycle(ListNode *head){// 定义快慢指针ListNode *fast = head;ListNode *slow = head;// 判断fast->next因为是两步两步跳while (fast && fast->next){// 指针移动slow = slow->next;fast = fast->next->next;// 快慢指针相遇 证明有环if (slow == fast){// 定义两个指针,找快慢指针相遇也就是环的入口ListNode *index1 = head;ListNode *index2 = fast;while (index1 != index2){index1 = index1->next;index2 = index2->next;}return index1;//返回环的入口}}return NULL;//没有环}
};

17.反转链表

（力扣206题）

给你单链表的头节点 head ，请你反转链表，并返回反转后的链表。

示例 1：

输入：head = [1,2,3,4,5]
输出：[5,4,3,2,1]

示例 2：

输入：head = [1,2]
输出：[2,1]

示例 3：

输入：head = []
输出：[]

提示：

• 链表中节点的数目范围是 [0, 5000]
• -5000 <= Node.val <= 5000

**进阶：**链表可以选用迭代或递归方式完成反转。你能否用两种方法解决这道题？

解题思路：使用虚拟头节点简化操作，遍历链表，每次交换相邻两个节点。通过临时节点保存后续链表，调整指针完成交换，然后移动指针继续处理下一对节点。最后删除虚拟头节点，返回新头节点。

#include <iostream>
using namespace std;
// 给你单链表的头节点 head ，请你反转链表，并返回反转后的链表。
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){// 设置虚拟头节点ListNode *dummyHead = new ListNode(0);dummyHead->next = head;ListNode *cur = dummyHead;while (cur->next && cur->next->next){//  临时节点ListNode *tmp = cur->next;ListNode *tmp1 = cur->next->next->next;// 交换节点cur->next = cur->next->next;cur->next->next = tmp;cur->next->next->next = tmp1;// cur移动两位(因为前两位交换完了)，下一论交换cur = cur->next->next;}// 返回虚拟头节点的下一个真正的头节点ListNode *result = dummyHead->next;delete dummyHead;return result;}
};

18.两两交换链表中的节点

（力扣24题）

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：

输入：head = [1,2,3,4]
输出：[2,1,4,3]

示例 2：

输入：head = []
输出：[]

示例 3：

输入：head = [1]
输出：[1]

解题思路：通过设置虚拟头节点简化操作，使用三个指针（cur、tmp、tmp1）来完成节点交换。在循环中，每次交换相邻的两个节点，调整指针顺序，然后将cur指针移动到下一对需要交换的节点的前一个位置。循环结束后，删除虚拟头节点，返回新链表的头节点。

#include <iostream>
using namespace std;
/*
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）。*/
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){// 设置虚拟头节点ListNode *dummyHead = new ListNode(0);dummyHead->next = head;ListNode *cur = dummyHead;while (cur->next && cur->next->next){//  临时节点ListNode *tmp = cur->next;ListNode *tmp1 = cur->next->next->next;// 交换节点cur->next = cur->next->next;cur->next->next = tmp;cur->next->next->next = tmp1;// cur移动两位(因为前两位交换完了)，下一论交换cur = cur->next->next;}// 返回虚拟头节点的下一个真正的头节点ListNode *result = dummyHead->next;delete dummyHead;return result;}
};