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# 链表

## 基本技能

链表相关的核心点

* null/nil 异常处理
* dummy node 哑巴节点
* 快慢指针
* 插入一个节点到排序链表
* 从一个链表中移除一个节点
* 翻转链表
* 合并两个链表
* 找到链表的中间节点

## 常见题型

### [remove-duplicates-from-sorted-list](https://leetcode-cn.com/problems/remove-duplicates-from-sorted-list/)

> 给定一个排序链表，删除所有重复的元素，使得每个元素只出现一次。

```go
func deleteDuplicates(head *ListNode) *ListNode {
    current := head
    for current != nil {
        // 全部删除完再移动到下一个元素
        for current.Next != nil && current.Val == current.Next.Val {
            current.Next = current.Next.Next
        }
        current = current.Next
    }
    return head
}
```

### [remove-duplicates-from-sorted-list-ii](https://leetcode-cn.com/problems/remove-duplicates-from-sorted-list-ii/)

> 给定一个排序链表，删除所有含有重复数字的节点，只保留原始链表中   没有重复出现的数字。

思路：链表头结点可能被删除，所以用 dummy node 辅助删除

```go
func deleteDuplicates(head *ListNode) *ListNode {
    if head == nil {
        return head
    }
    dummy := &ListNode{Val: 0}
    dummy.Next = head
    head = dummy

    var rmVal int
    for head.Next != nil && head.Next.Next != nil {
        if head.Next.Val == head.Next.Next.Val {
            // 记录已经删除的值，用于后续节点判断
            rmVal = head.Next.Val
            for head.Next != nil && head.Next.Val == rmVal  {
                head.Next = head.Next.Next
            }
        } else {
            head = head.Next
        }
    }
    return dummy.Next
}
```

注意点 • A->B->C 删除 B，A.next = C • 删除用一个 Dummy Node 节点辅助（允许头节点可变） • 访问 X.next 、X.value 一定要保证 X != nil

### [reverse-linked-list](https://leetcode-cn.com/problems/reverse-linked-list/)

> 反转一个单链表。

思路：用一个 prev 节点保存向前指针，temp 保存向后的临时指针

```go
func reverseList(head *ListNode) *ListNode {
    var prev *ListNode
    for head != nil {
        // 保存当前head.Next节点，防止重新赋值后被覆盖
        // 一轮之后状态：nil<-1 2->3->4
        //              prev   head
        temp := head.Next
        head.Next = prev
        // pre 移动
        prev = head
        // head 移动
        head = temp
    }
    return prev
}
```

### [reverse-linked-list-ii](https://leetcode-cn.com/problems/reverse-linked-list-ii/)

> 反转从位置  *m*  到  *n*  的链表。请使用一趟扫描完成反转。

思路：先遍历到 m 处，翻转，再拼接后续，注意指针处理

```go
func reverseBetween(head *ListNode, m int, n int) *ListNode {
    // 思路：先遍历到m处，翻转，再拼接后续，注意指针处理
    // 输入: 1->2->3->4->5->NULL, m = 2, n = 4
    if head == nil {
        return head
    }
    // 头部变化所以使用dummy node
    dummy := &ListNode{Val: 0}
    dummy.Next = head
    head = dummy
    // 最开始：0->1->2->3->4->5->nil
    var pre *ListNode
    var i = 0
    for i < m {
        pre = head
        head = head.Next
        i++
    }
    // 遍历之后： 1(pre)->2(head)->3->4->5->NULL
    // i = 1
    var j = i
    var next *ListNode
    // 用于中间节点连接
    var mid = head
    for head != nil && j <= n {
        // 第一次循环： 1 nil<-2 3->4->5->nil
        temp := head.Next
        head.Next = next
        next = head
        head = temp
        j++
    }
    // 循环需要执行四次
    // 循环结束：1 nil<-2<-3<-4 5(head)->nil
    pre.Next = next
    mid.Next = head
    return dummy.Next
}
```

### [merge-two-sorted-lists](https://leetcode-cn.com/problems/merge-two-sorted-lists/)

> 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。

思路：通过 dummy node 链表，连接各个元素

```go
func mergeTwoLists(l1 *ListNode, l2 *ListNode) *ListNode {
    dummy := &ListNode{Val: 0}
    head := dummy
    for l1 != nil && l2 != nil {
        if l1.Val < l2.Val {
            head.Next = l1
            l1 = l1.Next
        } else {
            head.Next = l2
            l2 = l2.Next
        }
        head = head.Next
    }
    // 连接l1 未处理完节点
    for l1 != nil {
        head.Next = l1
        head = head.Next
        l1 = l1.Next
    }
    // 连接l2 未处理完节点
    for l2 != nil {
        head.Next = l2
        head = head.Next
        l2 = l2.Next
    }
    return dummy.Next
}
```

### [partition-list](https://leetcode-cn.com/problems/partition-list/)

> 给定一个链表和一个特定值 x，对链表进行分隔，使得所有小于  *x*  的节点都在大于或等于  *x*  的节点之前。

思路：将大于 x 的节点，放到另外一个链表，最后连接这两个链表

```go
func partition(head *ListNode, x int) *ListNode {
    // 思路：将大于x的节点，放到另外一个链表，最后连接这两个链表
    // check
    if head == nil {
        return head
    }
    headDummy := &ListNode{Val: 0}
    tailDummy := &ListNode{Val: 0}
    tail := tailDummy
    headDummy.Next = head
    head = headDummy
    for head.Next != nil {
        if head.Next.Val < x {
            head = head.Next
        } else {
            // 移除<x节点
            t := head.Next
            head.Next = head.Next.Next
            // 放到另外一个链表
            tail.Next = t
            tail = tail.Next
        }
    }
    // 拼接两个链表
    tail.Next = nil
    head.Next = tailDummy.Next
    return headDummy.Next
}
```

哑巴节点使用场景

> 当头节点不确定的时候，使用哑巴节点

### [sort-list](https://leetcode-cn.com/problems/sort-list/)

> 在  *O*(*n* log *n*) 时间复杂度和常数级空间复杂度下，对链表进行排序。

思路：归并排序，找中点和合并操作

```go
func sortList(head *ListNode) *ListNode {
    // 思路：归并排序，找中点和合并操作
    return mergeSort(head)
}
func findMiddle(head *ListNode) *ListNode {
    // 1->2->3->4->5
    slow := head
    fast := head.Next
    // 快指针先为nil
    for fast !=nil && fast.Next != nil {
        fast = fast.Next.Next
        slow = slow.Next
    }
    return slow
}
func mergeTwoLists(l1 *ListNode, l2 *ListNode) *ListNode {
    dummy := &ListNode{Val: 0}
    head := dummy
    for l1 != nil && l2 != nil {
        if l1.Val < l2.Val {
            head.Next = l1
            l1 = l1.Next
        } else {
            head.Next = l2
            l2 = l2.Next
        }
        head = head.Next
    }
    // 连接l1 未处理完节点
    for l1 != nil {
        head.Next = l1
        head = head.Next
        l1 = l1.Next
    }
    // 连接l2 未处理完节点
    for l2 != nil {
        head.Next = l2
        head = head.Next
        l2 = l2.Next
    }
    return dummy.Next
}
func mergeSort(head *ListNode) *ListNode {
    // 如果只有一个节点 直接就返回这个节点
    if head == nil || head.Next == nil{
        return head
    }
    // find middle
    middle := findMiddle(head)
    // 断开中间节点
    tail := middle.Next
    middle.Next = nil
    left := mergeSort(head)
    right := mergeSort(tail)
    result := mergeTwoLists(left, right)
    return result
}
```

注意点

* 快慢指针 判断 fast 及 fast.Next 是否为 nil 值
* 递归 mergeSort 需要断开中间节点
* 递归返回条件为 head 为 nil 或者 head.Next 为 nil

### [reorder-list](https://leetcode-cn.com/problems/reorder-list/)

> 给定一个单链表  *L*：*L*→*L*→…→*L\_\_n*→*L* 将其重新排列后变为： *L*→*L\_\_n*→*L*→*L\_\_n*→*L*→*L\_\_n*→…

思路：找到中点断开，翻转后面部分，然后合并前后两个链表

```go
func reorderList(head *ListNode)  {
    // 思路：找到中点断开，翻转后面部分，然后合并前后两个链表
    if head == nil {
        return
    }
    mid := findMiddle(head)
    tail := reverseList(mid.Next)
    mid.Next = nil
    head = mergeTwoLists(head, tail)
}
func findMiddle(head *ListNode) *ListNode {
    fast := head.Next
    slow := head
    for fast != nil && fast.Next != nil {
        fast = fast.Next.Next
        slow = slow.Next
    }
    return slow
}
func mergeTwoLists(l1 *ListNode, l2 *ListNode) *ListNode {
    dummy := &ListNode{Val: 0}
    head := dummy
    toggle := true
    for l1 != nil && l2 != nil {
        // 节点切换
        if toggle {
            head.Next = l1
            l1 = l1.Next
        } else {
            head.Next = l2
            l2 = l2.Next
        }
        toggle = !toggle
        head = head.Next
    }
    // 连接l1 未处理完节点
    for l1 != nil {
        head.Next = l1
        head = head.Next
        l1 = l1.Next
    }
    // 连接l2 未处理完节点
    for l2 != nil {
        head.Next = l2
        head = head.Next
        l2 = l2.Next
    }
    return dummy.Next
}
func reverseList(head *ListNode) *ListNode {
    var prev *ListNode
    for head != nil {
        // 保存当前head.Next节点，防止重新赋值后被覆盖
        // 一轮之后状态：nil<-1 2->3->4
        //              prev   head
        temp := head.Next
        head.Next = prev
        // pre 移动
        prev = head
        // head 移动
        head = temp
    }
    return prev
}
```

### [linked-list-cycle](https://leetcode-cn.com/problems/linked-list-cycle/)

> 给定一个链表，判断链表中是否有环。

思路：快慢指针，快慢指针相同则有环，证明：如果有环每走一步快慢指针距离会减 1 ![fast\_slow\_linked\_list](https://cdn.jsdelivr.net/gh/greyireland/algorithm-pattern@master/images/fast_slow_linked_list.png)

```go
func hasCycle(head *ListNode) bool {
    // 思路：快慢指针 快慢指针相同则有环，证明：如果有环每走一步快慢指针距离会减1
    if head == nil {
        return false
    }
    fast := head.Next
    slow := head
    for fast != nil && fast.Next != nil {
        // 比较指针是否相等（不要使用val比较！）
        if fast == slow {
            return true
        }
        fast = fast.Next.Next
        slow = slow.Next
    }
    return false
}
```

### [linked-list-cycle-ii](https://leetcode-cn.com/problems/linked-list-cycle-ii/)

> 给定一个链表，返回链表开始入环的第一个节点。  如果链表无环，则返回  `null`。

思路：快慢指针，快慢相遇之后，慢指针回到头，快慢指针步调一致一起移动，相遇点即为入环点 ![cycled\_linked\_list](https://cdn.jsdelivr.net/gh/greyireland/algorithm-pattern@master/images/cycled_linked_list.png)

```go
func detectCycle(head *ListNode) *ListNode {
    // 思路：快慢指针，快慢相遇之后，慢指针回到头，快慢指针步调一致一起移动，相遇点即为入环点
    if head == nil {
        return head
    }
    fast := head.Next
    slow := head

    for fast != nil && fast.Next != nil {
        if fast == slow {
            // 慢指针重新从头开始移动，快指针从第一次相交点下一个节点开始移动
            fast = head
            slow = slow.Next // 注意
            // 比较指针对象（不要比对指针Val值）
            for fast != slow {
                fast = fast.Next
                slow = slow.Next
            }
            return slow
        }
        fast = fast.Next.Next
        slow = slow.Next
    }
    return nil
}
```

坑点

* 指针比较时直接比较对象，不要用值比较，链表中有可能存在重复值情况
* 第一次相交后，快指针需要从下一个节点开始和头指针一起匀速移动

另外一种方式是 fast=head,slow=head

```go
func detectCycle(head *ListNode) *ListNode {
    // 思路：快慢指针，快慢相遇之后，其中一个指针回到头，快慢指针步调一致一起移动，相遇点即为入环点
    // nb+a=2nb+a
    if head == nil {
        return head
    }
    fast := head
    slow := head

    for fast != nil && fast.Next != nil {
        fast = fast.Next.Next
        slow = slow.Next
        if fast == slow {
            // 指针重新从头开始移动
            fast = head
            for fast != slow {
                fast = fast.Next
                slow = slow.Next
            }
            return slow
        }
    }
    return nil
}
```

这两种方式不同点在于，**一般用 fast=head.Next 较多**，因为这样可以知道中点的上一个节点，可以用来删除等操作。

* fast 如果初始化为 head.Next 则中点在 slow\.Next
* fast 初始化为 head,则中点在 slow

### [palindrome-linked-list](https://leetcode-cn.com/problems/palindrome-linked-list/)

> 请判断一个链表是否为回文链表。

```go
func isPalindrome(head *ListNode) bool {
    // 1 2 nil
    // 1 2 1 nil
    // 1 2 2 1 nil
    if head==nil{
        return true
    }
    slow:=head
    // fast如果初始化为head.Next则中点在slow.Next
    // fast初始化为head,则中点在slow
    fast:=head.Next
    for fast!=nil&&fast.Next!=nil{
        fast=fast.Next.Next
        slow=slow.Next
    }

    tail:=reverse(slow.Next)
    // 断开两个链表(需要用到中点前一个节点)
    slow.Next=nil
    for head!=nil&&tail!=nil{
        if head.Val!=tail.Val{
            return false
        }
        head=head.Next
        tail=tail.Next
    }
    return true

}

func reverse(head *ListNode)*ListNode{
    // 1->2->3
    if head==nil{
        return head
    }
    var prev *ListNode
    for head!=nil{
        t:=head.Next
        head.Next=prev
        prev=head
        head=t
    }
    return prev
}
```

### [copy-list-with-random-pointer](https://leetcode-cn.com/problems/copy-list-with-random-pointer/)

> 给定一个链表，每个节点包含一个额外增加的随机指针，该指针可以指向链表中的任何节点或空节点。 要求返回这个链表的 深拷贝。

思路：1、hash 表存储指针，2、复制节点跟在原节点后面

```go
func copyRandomList(head *Node) *Node {
	if head == nil {
		return head
	}
	// 复制节点，紧挨到到后面
	// 1->2->3  ==>  1->1'->2->2'->3->3'
	cur := head
	for cur != nil {
		clone := &Node{Val: cur.Val, Next: cur.Next}
		temp := cur.Next
		cur.Next = clone
		cur = temp
	}
	// 处理random指针
	cur = head
	for cur != nil {
		if cur.Random != nil {
			cur.Next.Random = cur.Random.Next
		}
		cur = cur.Next.Next
	}
	// 分离两个链表
	cur = head
	cloneHead := cur.Next
	for cur != nil && cur.Next != nil {
		temp := cur.Next
		cur.Next = cur.Next.Next
		cur = temp
	}
	// 原始链表头：head 1->2->3
	// 克隆的链表头：cloneHead 1'->2'->3'
	return cloneHead
}
```

## 总结

链表必须要掌握的一些点，通过下面练习题，基本大部分的链表类的题目都是手到擒来\~

* null/nil 异常处理
* dummy node 哑巴节点
* 快慢指针
* 插入一个节点到排序链表
* 从一个链表中移除一个节点
* 翻转链表
* 合并两个链表
* 找到链表的中间节点

## 练习

* [ ] [remove-duplicates-from-sorted-list](https://leetcode-cn.com/problems/remove-duplicates-from-sorted-list/)
* [ ] [remove-duplicates-from-sorted-list-ii](https://leetcode-cn.com/problems/remove-duplicates-from-sorted-list-ii/)
* [ ] [reverse-linked-list](https://leetcode-cn.com/problems/reverse-linked-list/)
* [ ] [reverse-linked-list-ii](https://leetcode-cn.com/problems/reverse-linked-list-ii/)
* [ ] [merge-two-sorted-lists](https://leetcode-cn.com/problems/merge-two-sorted-lists/)
* [ ] [partition-list](https://leetcode-cn.com/problems/partition-list/)
* [ ] [sort-list](https://leetcode-cn.com/problems/sort-list/)
* [ ] [reorder-list](https://leetcode-cn.com/problems/reorder-list/)
* [ ] [linked-list-cycle](https://leetcode-cn.com/problems/linked-list-cycle/)
* [ ] [linked-list-cycle-ii](https://leetcode-cn.com/problems/linked-list-cycle-ii/)
* [ ] [palindrome-linked-list](https://leetcode-cn.com/problems/palindrome-linked-list/)
* [ ] [copy-list-with-random-pointer](https://leetcode-cn.com/problems/copy-list-with-random-pointer/)