Linked List 链表

单项链表实现

public class ListNode {
    int val;
    ListNode next;
    ListNode() {}
    ListNode(int val) { this.val = val; }
    ListNode(int val, ListNode next) { this.val = val; this.next = next; }
}

T206. 反转链表

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？

Solution：迭代

使用三个pre，cur，next指针，分别记录上一个节点，本节点，下一个节点。

迭代每一个节点：先用next指向cur的下一个节点，然后把cur的下一个节点指向pre，最后再把pre指向cur，cur指向next。

当cur到null时，表明已经是末尾了，返回pre即为最后（也是翻转后的第一个）节点

class Solution {
    public ListNode reverseList(ListNode head) {
        ListNode pre = null;
        ListNode cur = head;

        while (cur!=null){
            ListNode next = cur.next;
            cur.next = pre;
            pre = cur;
            cur = next;
        }
        return pre;
    }
}

Solution：递归

递归也有两种解法：

• 一种是返回翻转后链表的新的头部，然后把自身的后继节点的指针指向自己，自己指向空来完成翻转，再继续返回头部。

• 一种是返回翻转后链表的新的尾部，不停返回新链表的尾部，再把自身插入尾部构成新的尾部，这样需要一个额外的递归参数来保存新的头部。

第一种：返回新链表的头部

class Solution {
    public ListNode reverseList(ListNode head) {
        if (head == null){
            return head;
        }
        ListNode newHead = recurison(head);
        return newHead;
    }

    private ListNode recurison(ListNode cur){
        if (cur.next == null){
            return cur;
        }
        //获取到新的头部
        ListNode newHead = recurison(cur.next);

        //把自身后继节点的指针指向自己，完成翻转
        ListNode nextNode = cur.next;
        nextNode.next = cur;

        //再把自身的指针删掉
        cur.next = null;
        return newHead;
    }
}

第二种：返回新链表的尾部

class Solution {
    public ListNode reverseList(ListNode head) {
        if (head == null){
            return head;
        }
        ListNode newHead = new ListNode();
        ListNode newTail = recurison(head, newHead);
        newTail.next = null;//新链表尾部要指向空，否则会形成环
        return newHead.next;
    }

    private ListNode recurison(ListNode node, ListNode newHead){
        if (node.next == null){
            newHead.next = node;
            return node;
        }
        ListNode nextNode = recurison(node.next, newHead);
      	
      	//把新的尾部指向自己，这样自己就是新的尾部
        nextNode.next = node;
        return node;
    }
}

T25. K 个一组翻转链表

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：

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
• 1 <= k <= n <= 5000
• 0 <= Node.val <= 1000

**进阶：**你可以设计一个只用 O(1) 额外内存空间的算法解决此问题吗？

Solution

我们可以对每k个小的片段复用上面题目所设计的翻转链表，然后连起来即可

因此需要保留的数据有

• 上一个片段的最后一个元素lastSegEnd，用于连接本片段翻转后的第一个元素
• 下一个片段的第一个元素nextSegStart，用于本片段最后一个元素连接下一个片段

由于第一个片段不存在 lastSegEnd因此设计一个 dummyLastSegEnd指向这个片段

循环结束的条件是，不存在下一个片段了，或者下一个片段没有k个node

public ListNode reverseKGroup(ListNode head, int k) {
    ListNode dummyLastSegEnd = new ListNode(-1, head);

    ListNode lastSegEnd = dummyLastSegEnd;
    ListNode start = lastSegEnd.next;

    while (start!=null){
        ListNode end = lastSegEnd;
        //Move the end pointer to the end of the segment
        for (int i=0; i < k; i++){
            if (end.next == null){
                //When reach the end of the linked list, return
                return dummyLastSegEnd.next;
            }
            end = end.next;
        }

        //Record the head of the next segment
        ListNode nextSegStart = end.next;

        //Reverse the segment
        end.next = null;
        ListNode newStart = reverseList(start);
      	ListNode newEnd = start;

        //Connect the two segment
        lastSegEnd.next = newStart; // This seg to pre seg
        newEnd.next = nextSegStart; // This seg to next seg

        //Move to the nextSegment
        lastSegEnd = newEnd;
        start = nextSegStart;
    }
    return dummyLastSegEnd.next;
}

public ListNode reverseList(ListNode head) {
    ListNode pre = null;
    ListNode cur = head;

    while (cur!=null){
        ListNode next = cur.next;
        cur.next = pre;
        pre = cur;
        cur = next;
    }
    return pre;
}

T23. 合并 K 个升序链表

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 == lists.length
• 0 <= k <= 10^4
• 0 <= lists[i].length <= 500
• -10^4 <= lists[i][j] <= 10^4
• lists[i] 按 升序 排列
• lists[i].length 的总和不超过 10^4

Solution

采用 优先队列 来解题：每次将最小元素出队，然后把该元素链接的下一元素入队。

class Solution {
    static Comparator<ListNode> cmp = new Comparator<>() {
        public int compare(ListNode n1, ListNode n2) {
            return n1.val - n2.val;
        }
    };

    public ListNode mergeKLists(ListNode[] lists) {
        Queue<ListNode> prique = new PriorityQueue<>(cmp);
        int k = lists.length;
        //检查为空的情况
        if (k==0){
            return null;
        }
        //把每一个链表的非空头节点入队, 并检查是否有可能是空链表
        for (int i=0; i<k; i++){
            if (lists[i] != null){
                prique.offer(lists[i]);
            }
        }
        if (prique.isEmpty()){
            return null;
        }

        //记录首个节点
        ListNode head = prique.poll();
        if (head.next != null){
            prique.offer(head.next);
        }

        //出队最大节点，再将该节点的下一个非空节点入队，重复直到队列为空
        ListNode temp = head;
        while (!prique.isEmpty()){
            ListNode cur = prique.poll();
            temp.next = cur;
            if (cur.next != null){
                prique.offer(cur.next);
            }
            temp = cur;
        }
        return head;
    }
}