链表+6道前端算法面试高频题解

数组在上一篇的专栏，中我们进行了回顾和刷题。

链表

趁热打铁，我们来对比数组来学习链表。

首先要明确的是，链表和数组的底层存储结构不同，数组要求存储在一块连续的内存中，而链表是通过指针将一组零散的内存块串联起来。

可见链表对内存的要求降低了，但是随机访问的性能就没有数组好了，需要 O(n) 的时间复杂度。

下图中展示了单链表及单链表的添加和删除操作，其实链表操作的本质就是处理链表结点之间的指针。

在删除链表结点的操作中，我们只需要将需要删除结点的前驱结点的 next 指针，指向其后继即可。这样，当前被删除的结点就被丢弃在内存中，等待着它的是被垃圾回收器清除。

为了更便于你理解，链表可以类比现实生活中的火车，火车的每节车厢就是链表的一个个结点。车厢之间相互连接，可以添加或者移除掉。春运时，客运量比较大，列车一般会加挂车厢。

链表的结点结构由数据域和指针域组成，在 JavaScript 中，以嵌套的对象形式实现。

{
    // 数据域
    val: 1,
    // 指针域
    next: {
        val:2,
        next: ...
    }
}  

名词科普

• 头结点：头结点用来记录链表的基地址，是我们遍历链表的起点
• 尾结点：尾结点的指针不是指向下一个结点，而是指向一个空地址 NULL
• 单链表：单链表是单向的，它的结点只有一个后继指针 next 指向后面的结点，尾结点指针指向空地址
• 循环链表：循环链表的尾结点指针指向链表的头结点
• 双向链表：双向链表支持两个方向，每个结点不止有一个后继指针 next 指向后面的结点，还有一个前驱指针 prev 指向前面的结点，双向链表会占用更多的内存，但是查找前驱节点的时间复杂度是 O(1) ，比单链表的插入和删除操作都更高效
• 双向循环链表

循环链表

双向链表

双向循环链表

开启刷题

• 前端食堂的 LeetCode 题解仓库

年初立了一个 flag，上面这个仓库在 2021 年写满 100 道前端面试高频题解，目前进度已经完成了 50%。

如果你也准备刷或者正在刷 LeetCode，不妨加入前端食堂，一起并肩作战，刷个痛快。

了解了链表的基础知识后，马上开启我们愉快的刷题之旅，我整理了 6 道高频的 LeetCode 链表题及题解如下。

01 删除链表的倒数第 N 个结点

原题链接

快慢指针

先明确，删除倒数第 n 个结点，我们需要找到倒数第 n+1 个结点，删除其后继结点即可。

1. 添加 prev 哨兵结点，处理边界问题。
2. 借助快慢指针，快指针先走 n+1 步，然后快慢指针同步往前走，直到 fast.next 为 null。
3. 删除倒数第 n 个结点，返回 prev.next。

const removeNthFromEnd = function(head, n) {
    let prev = new ListNode(0), fast = prev, slow = prev;
    prev.next = head;
    while (n--) {
        fast = fast.next;
    }
    while (fast && fast.next) {
        fast = fast.next;
        slow = slow.next;
    }
    slow.next = slow.next.next;
    return prev.next;
}

• 时间复杂度：O(n)
• 空间复杂度：O(1)

02 合并两个有序链表

原题链接

思路

1. 使用递归来解题
2. 将两个链表头部较小的一个与剩下的元素合并
3. 当两条链表中的一条为空时终止递归

关键点

• 掌握链表数据结构
• 考虑边界情况

复杂度分析

n + m 是两条链表的长度

• 时间复杂度：O(m + n)
• 空间复杂度：O(m + n)

const mergeTwoLists = function (l1, l2) {
    if (l1 === null) {
        return l2;
    }
    if (l2 === null) {
        return l1;
    }
    if (l1.val < l2.val) {
        l1.next = mergeTwoLists(l1.next, l2);
        return l1;
    } else {
        l2.next = mergeTwoLists(l1, l2.next);
        return l2;
    }
}

03 两两交换链表中的节点

原题链接

先明确想要交换节点共需要有三个指针进行改变。

1. 所以我们需要在链表头部添加一个哨兵节点
2. 循环中首先操作三个指针完成节点交换
3. 指针右移，进行下一对节点的交换

迭代 + 哨兵节点

const swapPairs = (head) => {
  const dummy = new ListNode(0);
  dummy.next = head; // 头部添加哨兵节点
  let prev = dummy;

  while (head && head.next) {
    const next = head.next; // 保存 head.next
    head.next = next.next;
    next.next = head;
    prev.next = next;
    // 下面两个操作将指针更新
    prev = head;      
    head = head.next;
  }
  return dummy.next;
};

• 时间复杂度：O(n)
• 空间复杂度：O(1)

递归

如果你对递归还觉得掌握的不够透彻，可以移步我的这篇专栏

回到本题的递归解法：

1. 写递归解法的话，老套路，先明确终止条件，链表中没有节点或只有一个节点时无法进行交换。
2. 接下来递归的进行两两交换节点并更新指针关系。
3. 返回新链表的头节点 newHead。

const swapPairs = function (head) {
    // 递归终止条件
    if (head === null || head.next === null) {
        return head;
    }
    // 获得第 2 个节点
    let newHead = head.next;
    // 将第 1 个节点指向第 3 个节点，并从第 3 个节点开始递归
    head.next = swapPairs(newHead.next);
    // 将第 2 个节点指向第 1 个节点
    newHead.next = head;
    return newHead;
}

• 时间复杂度：O(n)
• 空间复杂度：O(n)

04 环形链表

原题链接

快慢指针

1. 使用快慢不同的两个指针遍历，快指针一次走两步，慢指针一次走一步。
2. 如果没有环，快指针会先到达尾部，返回 false。
3. 如果有环，则一定会相遇。

const hasCycle = function(head) {
    if (!head || !head.next) return false;
    let fast = head.next;
    let slow = head;
    while (fast !== slow) {
        if (!fast || !fast.next) {
            return false;
        }
        fast = fast.next.next;
        slow = slow.next;
    }
    return true;
};

• 时间复杂度：O(n)
• 空间复杂度：O(1)

标记法

遍历链表，通过 flag 标记判断是否有环，如果标记存在则有环。(走过的地方插个旗子做标记)

const hasCycle = function(head) {
    while (head) {
        if (head.flag) {
            return true;
        } else {
            head.flag = true;
            head = head.next;
        }
    }
    return false;
}

• 时间复杂度：O(n)
• 空间复杂度：O(1)

05 反转链表

原题链接

迭代

1. 初始化哨兵节点 prev 为 null，及当前节点 curr 指向头节点。
2. 开始迭代，记录 next 指针留备后用，反转指针。
3. 推进指针继续迭代，最后返回新的链表头节点 prev。

const reverseList = function(head) {
    let prev = null;
    let curr = head;
    while (curr !== null) {
        // 记录 next 节点
        let next = curr.next;
        // 反转指针
        curr.next = prev;
        // 推进指针
        prev = curr;
        curr = next;
    }
    // 返回翻转后的头节点
    return prev;
};

• 时间复杂度: O(n)
• 空间复杂度: O(1)

递归

const reverseList = function(head) {
    if (!head || !head.next) return head;
    // 记录当前节点的下一个节点
    let next = head.next;
    let reverseHead = reverseList(next);
    // 操作指针进行反转
    head.next = null;
    next.next = head;
    return reverseHead;
};

• 时间复杂度: O(n)
• 空间复杂度: O(n)

06 链表的中间结点

原题链接

快慢指针

老套路，借助快慢指针，fast 一次走两步，slow 一次走一步，当 fast 到达链表末尾时，slow 就处于链表的中间点了。

const middleNode = function(head) {
    let fast = head, slow = head;
    while (fast && fast.next) {
        slow = slow.next;
        fast = fast.next.next;
    }
    return slow;
};

• 时间复杂度: O(n)
• 空间复杂度: O(1)