算法與數據結構基礎 - 鏈表(Linked List)

鏈表基礎

鏈表(Linked List)相比數組(Array)，物理存儲上非連續、不支持O(1)時間按索引存取；但鏈表也有其優勢，靈活的內存管理、容許在鏈表任意位置上插入和刪除節點。單向鏈表結構通常以下：

    //Definition for singly-linked list.
    struct ListNode {
        int val;
        ListNode *next;
        ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
    };

 

相關LeetCode題：

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鏈表增刪改查

要完成鏈表節點的查找、插入、刪除與修改，須要特別留意先後指針的修改、空指針的處理。總得來講鏈表增刪改查分三步：1/定義結束條件(通常爲到達鏈表尾) 2/遍歷鏈表 3/遍歷過程當中完成增刪改查。

一些狀況下會用啞節點(dummy node)來更方便對鏈表增刪改查，這有時能夠減小代碼量。好比 LeetCode題目 203. Remove Linked List Elements：

    // 203. Remove Linked List Elements
    ListNode* removeElements(ListNode* head, int val) {
        ListNode* dummy=new ListNode(0);
        dummy->next=head;
        ListNode* cur=dummy;
        while(cur->next!=NULL){
            if(cur->next->val==val) cur->next=cur->next->next;
            else cur=cur->next;
        }
        return dummy->next;
    }

以上若是不使用dummy node，若是head是要被刪除的節點，則須要特殊判斷和處理，使用dummy node則化解了這個問題。 

 

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也能夠用遞歸的方式遍歷鏈表，但這種方式會重複訪問節點，時間複雜度比O(n)高不少。

 

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反轉/旋轉鏈表

反轉(reverse)鏈表與旋轉(rotate)鏈表是考量鏈表操做的經典題目，最是考驗作題人對鏈表節點邏輯關係的瞭解程度和是否能靈活處理指針。

 

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環形鏈表

處理環形鏈表問題，經常用到雙指針(Two Pointers)、快慢指針，例如 LeetCode題目 141. Linked List Cycle：

    // 141. Linked List Cycle
    bool hasCycle(ListNode *head) {
        if(head==NULL) return false;
        ListNode* p=head;
        ListNode* pp=head;
        while(pp->next!=NULL&&pp->next->next!=NULL){
            p=p->next;
            pp=pp->next->next;
            if(p==pp) return true;
        }
        return false;
    }

 

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多鏈表處理

多鏈表的增刪改、合併，與單鏈表的處理方式同樣，只是增長了對多個鏈表的遍歷。

 

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鏈表排序

對鏈表進行排序通常指原址排序，即修改節點指針指向、而不修改節點的值。對鏈表進行歸併排序(Merge Sort)，平均時間複雜度爲O(nlogn)，相比其餘排序方法，歸併排序在平均時間複雜度上是較優的方法。

 

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