JS-链表与算法题浅析

JS-链表与算法-Linked list

一、什么是链表

[维基百科] 链表（Linked list）是一种常见的基础数据结构，是一种线性表，但是并不会按线性的顺序存储数据，而是在每一个节点里存到下一个节点的指针(Pointer)。

二、链表分类

链表常见的有 3 类： 单链表、双向链表、循环链表。

三、链表设计

说到链表，就要提下数组，一般链表都是和数组进行对比。

在很多编程语言中，数组的长度时固定的，所以数组中的增加和删除比较麻烦，需要频繁的移动数组中的其他元素。 然而，JavaScript中的数组并不存在上述问题，JS中的数组相对其他语言使用上更方便，因为JS中的数组本质是一个类似数组的对象，这就使得JS的数组虽然使用更方便，但比其他语言(C++、Java、C#)的数组效率要低。

所以，在实际应用中如果发现数组很慢，就可以考虑使用链表来替代它。除了对数据的随机访问，链表几乎可以用在任何可以使用一维数组的情况中。如果需要随机访问，数组仍然是更好的选择。

• 定义

// 定义
var a = { val: 'a' };
var b = { val: 'b' };
var c = { val: 'c' };
var d = { val: 'd' };

a.next = b;
b.next = c;
c.next = d;

// 遍历
var point = a;
while (point) {
    console.log(point.val);
    point = point.next;
}

• 插入

// 插入
var e = { val: e };
c.next = e;
e.next = d;

// 删除
c.next = d;

• 数据结构

// Definition for singly-linked list. 定义单链表
function ListNode(val) {
    this.val = val;
    this.next = null;
}

四、链表练习

1、删除链表中的指定节点

(题目来自力扣 第237题)

题目描述：请编写一个函数，使其可以删除某个链表中给定的（非末尾）节点。传入函数的唯一参数为 要被删除的节点 。

示例 1：

示例 2：

提示：

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * function ListNode(val) {
 *     this.val = val;
 *     this.next = null;
 * }
 */
/**
 * @param {ListNode} node
 * @return {void} Do not return anything, modify node in-place instead.
 */
var deleteNode = function(node) {

};

• 题目初始化

// 初始化
function ListNode(val){
    this.val = val;
    this.next = null;
}

// 4->5->1->9
var node1 = new ListNode(4);
var node2 = new ListNode(5);
var node3 = new ListNode(1);
var node4 = new ListNode(9);

node1.next = node2;
node2.next = node3;
node3.next = node4;

• 题解:

1、无法直接获取被删除节点的上个节点； 2、将被删除节点转移到下个节点。

code view:

var deleteNode = function(node) {
    node.val = node.next.val;
    node.next = node.next.next;
};
deleteNode(node2);
console.log(node1);

2、删除链表中的重复元素

(题目来自力扣 第83题)

题目描述：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。

示例 1：

输出： 1->2

示例 2：

输出： 1->2->3

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * function ListNode(val) {
 *     this.val = val;
 *     this.next = null;
 * }
 */
/**
 * @param {ListNode} head
 * @return {ListNode}
 */
var reverseList = function(head) {

};

• 题目初始化

// 初始化
function ListNode(val){
    this.val = val;
    this.next = null;
}

// 1->1->2
var node1 = new ListNode(1);
node1.next = new ListNode(1);
node1.next.next = new ListNode(2);

// 1->1->2->3->3
var node2 = new ListNode(1);
node2.next = new ListNode(1);
node2.next.next = new ListNode(2);
node2.next.next.next = new ListNode(3);
node2.next.next.next.next = new ListNode(3);

• 题解:

1、因为链表是有序的，所以重复元素一定相邻； 2、遍历链表，如果发现当前元素和下个元素的值相等，就删除下个元素。

code view:

/**
 * @param {ListNode} head
 * @return {ListNode}
 */
var deleteDuplicates = function(head) {
    let p = head;
    while (p && p.next) {
        if (p.val === p.next.val) {
            p.next = p.next.next
        } else {
            p = p.next; // 只有不相等时指针才指向下一个元素，防止出现多个
        }
    }
    return head;
};
deleteDuplicates(node1);
console.log(node1);

deleteDuplicates(node2);
console.log(node2);

3、反转链表

(题目来自力扣 第206题)

题目描述：反转一个单链表。

示例 1：

输出： 5->4->3->2->1->NULL

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * function ListNode(val) {
 *     this.val = val;
 *     this.next = null;
 * }
 */
/**
 * @param {ListNode} head
 * @return {ListNode}
 */
var reverseList = function(head) {

};

题目初始化

// 初始化
function ListNode(val){
    this.val = val;
    this.next = null;
}

// 1->1->2
var node = new ListNode(1);
node.next = new ListNode(2);
node.next.next = new ListNode(3);
node.next.next.next = new ListNode(4);
node.next.next.next.next = new ListNode(5);

• 题解:

1、反转两个节点：将n+1的next指向n； 输入: n -> n+1 输出: n+1 -> n 2、反转多个节点：双指针遍历链表，重复上述操作。 输入： 1->2->3->4->5->NULL 输出： 5->4->3->2->1->NULL

code view:

/**
 * @param {ListNode} head
 * @return {ListNode}
 */
var reverseList = function(head) {
    let p1 = head;
    let p2 = null;
    while(p1) {
        const tmp = p1.next;
        p1.next = p2;
        p2 = p1;
        p1 = tmp;
    }
    return p2;
};
reverseList(node);
console.log(reverseList);

4、判断环形链表

(题目来自力扣 第141题)

题目描述：给定一个链表，判断链表中是否有环。 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，我们使用整数 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。

如果链表中存在环，则返回 true 。 否则，返回 false 。

示例 1：

输出： true 解释：链表中有一个环，其尾部连接到第二个节点。

示例 2：

输出： true 解释：链表中有一个环，其尾部连接到第一个节点。

示例 3：

输出： false 解释：链表中没有环。

提示：

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * function ListNode(val) {
 *     this.val = val;
 *     this.next = null;
 * }
 */

/**
 * @param {ListNode} head
 * @return {boolean}
 */
var hasCycle = function(head) {
  
};

题目初始化

// 初始化
function ListNode(val){
    this.val = val;
    this.next = null;
}

// 3->2->0->4
var node1 = new ListNode(3);
var node2 = new ListNode(2);
var node3 = new ListNode(0);
var node4 = new ListNode(4);

node1.next = node2;
node2.next = node3;
node3.next = node4;
node4.next = node2;

// 1->2
var node5 = new ListNode(1);
var node6 = new ListNode(2);

node5.next = node6;
node6.next = node5;

// 1
var node7 = new ListNode(1);

• 题解:

1、两个人在圆形操场上的同一个起点起跑，速度快的人和速度慢的人一定会再次相遇（最少超过一圈）； 2、用一快一慢两个指针遍历链表，如果指针能够相逢，那么链表就有圈。 即: 用一快一慢两个指针遍历链表，如果指针能够相逢，就返回true； 遍历结束后，还没有相逢就返回false。

code view:

/**
 * @param {ListNode} head
 * @return {boolean}
 */
var hasCycle = function(head) {
    var p1 = head;
    var p2 = head;
    while(p1 && p2 && p2.next) {
        p1 = p1.next;
        p2 = p2.next.next;
        if (p1 === p2) {
            return true;
        }
    }
    return false;
};

5、链表的中间结点

(题目来自力扣 第876题)

题目描述：给定一个头结点为 head 的非空单链表，返回链表的中间结点。

如果有两个中间结点，则返回第二个中间结点。

示例 1：

输出：此列表中的结点 3 (序列化形式：[3,4,5]) 返回的结点值为 3 。 (测评系统对该结点序列化表述是 [3,4,5])。 注意，我们返回了一个 ListNode 类型的对象 ans，这样： ans.val = 3, ans.next.val = 4, ans.next.next.val = 5, 以及 ans.next.next.next = NULL.

示例 2：

输出：此列表中的结点 4 (序列化形式：[4,5,6]) 由于该列表有两个中间结点，值分别为 3 和 4，我们返回第二个结点。

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * function ListNode(val) {
 *     this.val = val;
 *     this.next = null;
 * }
 */
/**
 * @param {ListNode} head
 * @return {ListNode}
 */
var middleNode = function(head) {

};

题目初始化

// 初始化
function ListNode(val){
    this.val = val;
    this.next = null;
}

// l1: 1->2->3->4->5
var l1 = new ListNode(1);
l1.next = new ListNode(2);
l1.next.next = new ListNode(3);
l1.next.next.next = new ListNode(4);
l1.next.next.next.next = new ListNode(5);
// l2: 1->2->3->4->5
var l2 = new ListNode(1);
l2.next = new ListNode(2);
l2.next.next = new ListNode(3);
l2.next.next.next = new ListNode(4);
l2.next.next.next.next = new ListNode(5);
l2.next.next.next.next.next  = new ListNode(6);

// l3: 1
var l3 = new ListNode(1);

• 题解:

1、快指针p每次移2节点，慢指针head移1节点 2、快指针先到尾，此时慢指针的位置刚好在中间

code view:

/**
 * @param {ListNode} l1
 * @param {ListNode} l2
 * @return {ListNode}
 */
var middleNode = function(head) {
    var p = head;
    while(p && p.next) {
        head = head.next;
        p = p.next.next;
    }
    return head;
};

6、链表相加

(题目来自力扣 第2题)

题目描述：给出两个 非空 的链表用来表示两个非负的整数。其中，它们各自的位数是按照 逆序 的方式存储的，并且它们的每个节点只能存储 一位 数字。

如果，我们将这两个数相加起来，则会返回一个新的链表来表示它们的和。

您可以假设除了数字 0 之外，这两个数都不会以 0 开头。

示例 1：

输出：6 -> 0 -> 8 原因：341 + 465 = 806

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * function ListNode(val, next) {
 *     this.val = (val===undefined ? 0 : val)
 *     this.next = (next===undefined ? null : next)
 * }
 */
/**
 * @param {ListNode} l1
 * @param {ListNode} l2
 * @return {ListNode}
 */
var addTwoNumbers = function(l1, l2) {

};

题目初始化

// 初始化
function ListNode(val){
    this.val = val;
    this.next = null;
}

// l1: 1->4->3
var l1 = new ListNode(1);
l1.next = new ListNode(4);
l1.next.next = new ListNode(3);
// l2: 5->6->4
var l2 = new ListNode(5);
l2.next = new ListNode(6);
l2.next.next = new ListNode(4);

// l3: 1
var l3 = new ListNode(1);

// l4: 1->6->9
var l4 = new ListNode(1);
l4.next = new ListNode(6);
l4.next.next = new ListNode(9);

• 题解:

1、新建一个空链表 2、遍历被相加的两个链表，模拟相加的操作，将相加后结果的个位数追加到新链表上，将十位数留到下一位去相加

code view:

/**
 * @param {ListNode} l1
 * @param {ListNode} l2
 * @return {ListNode}
 */
var addTwoNumbers = function(l1, l2) {
    const l3 = new ListNode(0);
    let p1 = l1;
    let p2 = l2;
    let p3 = l3;
    let carry = 0;
    while(p1 || p2) {
        const v1 = p1 ? p1.val : 0;
        const v2 = p2 ? p2.val : 0;
        const val = v1 + v2 + carry;
        carry = Math.floor(val / 10);
        p3.next = new ListNode(val % 10);
        if (p1) p1 = p1.next;
        if (p2) p2 = p2.next;
        p3 = p3.next;
    }
    if (carry) {
        p3.next = new ListNode(carry);
    }
    return l3.next;
};

五、JS中的原型链

• 原型链的本质是链表
• 原型链上的节点是各种原型对象，比如Function.prototype 、Object.prototype、Array.prototype ...
• 原型链通过 __proto__ 属性连接各种原型对象