算法 链表总结

在算法和数据结构领域，链表是一种非常基础且重要的数据结构。链表由一系列节点组成，每个节点包含数据部分和指向下一个节点的引用。链表的特点在于其动态性，可以在运行时轻松地插入和删除节点，而不需要像数组那样预先分配固定大小的内存。

本文将深入探讨链表的各种操作及其应用场景，并提供多种实现方法及其代码示例，旨在帮助读者深入理解链表的本质和操作技巧。

基本概念与作用

在正式开始前，我们先简要回顾一下链表的相关概念：

• 链表（Linked List）：一种线性数据结构，由一系列节点组成，每个节点包含数据部分和指向下一个节点的引用。
• 节点（Node）：链表中的基本单元，包含数据和指向下一个节点的引用。
• 单链表（Singly Linked List）：每个节点只有一个指向下一个节点的引用。
• 双链表（Doubly Linked List）：每个节点有两个引用，一个指向前一个节点，一个指向后一个节点。
• 循环链表（Circular Linked List）：最后一个节点的引用指向第一个节点，形成一个环。

链表在实际应用中有广泛的意义，例如：

• 内存管理：在内存管理中，使用链表来管理空闲内存块。
• 动态数据结构：在需要动态插入和删除元素的场景中，使用链表可以避免数组的频繁扩容和缩容。
• 缓存机制：在LRU（最近最少使用）缓存中，使用双向链表来管理缓存项。

链表的基本操作

操作一：创建链表

创建链表的基本方法是定义一个节点类，并通过节点之间的连接构建链表。

示例一

class ListNode:
    def __init__(self, val=0, next=None):
        self.val = val
        self.next = next

def create_linked_list(values: List[int]) -> ListNode:
    dummy_head = ListNode()
    current = dummy_head
    
    for value in values:
        current.next = ListNode(value)
        current = current.next
    
    return dummy_head.next

操作二：遍历链表

遍历链表是链表操作中最基本的操作之一，通过遍历可以访问链表中的每一个节点。

示例二

def traverse_linked_list(head: ListNode) -> None:
    current = head
    while current:
        print(current.val, end=" -> ")
        current = current.next
    print("None")

操作三：插入节点

在链表中插入节点可以在任意位置进行，常见的插入操作包括头插法和尾插法。

示例三

def insert_node_at_head(head: ListNode, value: int) -> ListNode:
    new_node = ListNode(value, head)
    return new_node

def insert_node_at_tail(head: ListNode, value: int) -> ListNode:
    new_node = ListNode(value)
    if not head:
        return new_node
    
    current = head
    while current.next:
        current = current.next
    current.next = new_node
    
    return head

操作四：删除节点

删除链表中的节点可以通过改变节点的引用关系来实现，常见的删除操作包括删除头节点和删除指定节点。

扫描二维码关注公众号，回复： 17446999 查看本文章

示例四

def delete_node_at_head(head: ListNode) -> ListNode:
    if not head:
        return None
    return head.next

def delete_node_by_value(head: ListNode, value: int) -> ListNode:
    dummy_head = ListNode(next=head)
    current = dummy_head
    
    while current.next:
        if current.next.val == value:
            current.next = current.next.next
            break
        current = current.next
    
    return dummy_head.next

操作五：反转链表

反转链表是一个常见的面试题，通过改变节点的引用关系来实现链表的反转。

示例五

def reverse_linked_list(head: ListNode) -> ListNode:
    prev = None
    current = head
    
    while current:
        next_node = current.next
        current.next = prev
        prev = current
        current = next_node
    
    return prev

不同角度的功能使用思路

思路一：处理多链表

在某些情况下，需要处理多个链表，例如合并多个链表。可以通过封装一个函数来处理多个链表，并返回合并后的链表。

示例六

def merge_multiple_linked_lists(lists: List[ListNode]) -> ListNode:
    from heapq import heappush, heappop
    
    min_heap = []
    for i, lst in enumerate(lists):
        if lst:
            heappush(min_heap, (lst.val, i, lst))
    
    dummy_head = ListNode()
    current = dummy_head
    
    while min_heap:
        _, idx, node = heappop(min_heap)
        current.next = node
        current = current.next
        if node.next:
            heappush(min_heap, (node.next.val, idx, node.next))
    
    return dummy_head.next

思路二：处理循环链表

在某些情况下，需要处理循环链表，例如检测链表中是否存在环。可以通过快慢指针法来检测环的存在。

示例七

def has_cycle(head: ListNode) -> bool:
    if not head or not head.next:
        return False
    
    slow = head
    fast = head.next
    
    while fast and fast.next:
        if slow == fast:
            return True
        slow = slow.next
        fast = fast.next.next
    
    return False

实际工作中的应用技巧

在实际工作中，处理链表问题时，有几点需要注意：

1. 边界条件处理：始终确保代码能够正确处理空链表和其他边界情况。例如，当链表为空时，返回适当的错误信息。
2. 性能优化：对于大数据量的处理，优先考虑使用高效的方法来避免时间复杂度过高。
3. 代码健壮性：编写全面的测试用例，确保代码的健壮性和可靠性。测试用例应包括标准情况、边界情况和异常情况。
4. 代码可读性：保持代码的清晰和可读性，便于维护和扩展。合理使用注释和变量命名，使代码易于理解。

通过上述方法和技巧的学习与实践，可以有效地提升处理链表相关问题的能力。希望本文能为读者提供有价值的参考和启发。

---

欢迎来到我的博客，很高兴能够在这里和您见面！希望您在这里可以感受到一份轻松愉快的氛围，不仅可以获得有趣的内容和知识，也可以畅所欲言、分享您的想法和见解。

---

推荐：DTcode7的博客首页。
一个做过前端开发的产品经理，经历过睿智产品的折磨导致脱发之后，励志要翻身农奴把歌唱，一边打入敌人内部一边持续提升自己，为我们广大开发同胞谋福祉，坚决抵制睿智产品折磨我们码农兄弟！

---

专栏系列（点击解锁）	学习路线(点击解锁）	知识定位
《微信小程序相关博客》	持续更新中~	结合微信官方原生框架、uniapp等小程序框架，记录请求、封装、tabbar、UI组件的学习记录和使用技巧等
《AIGC相关博客》	持续更新中~	AIGC、AI生产力工具的介绍，例如stable diffusion这种的AI绘画工具安装、使用、技巧等总结
《HTML网站开发相关》	《前端基础入门三大核心之html相关博客》	前端基础入门三大核心之html板块的内容，入坑前端或者辅助学习的必看知识
	《前端基础入门三大核心之JS相关博客》	前端JS是JavaScript语言在网页开发中的应用，负责实现交互效果和动态内容。它与HTML和CSS并称前端三剑客，共同构建用户界面。 通过操作DOM元素、响应事件、发起网络请求等，JS使页面能够响应用户行为，实现数据动态展示和页面流畅跳转，是现代Web开发的核心
	《前端基础入门三大核心之CSS相关博客》	介绍前端开发中遇到的CSS疑问和各种奇妙的CSS语法，同时收集精美的CSS效果代码，用来丰富你的web网页
	《canvas绘图相关博客》	Canvas是HTML5中用于绘制图形的元素，通过JavaScript及其提供的绘图API，开发者可以在网页上绘制出各种复杂的图形、动画和图像效果。Canvas提供了高度的灵活性和控制力，使得前端绘图技术更加丰富和多样化
《Vue实战相关博客》	持续更新中~	详细总结了常用UI库elementUI的使用技巧以及Vue的学习之旅
《python相关博客》	持续更新中~	Python，简洁易学的编程语言，强大到足以应对各种应用场景，是编程新手的理想选择，也是专业人士的得力工具
《sql数据库相关博客》	持续更新中~	SQL数据库：高效管理数据的利器，学会SQL，轻松驾驭结构化数据，解锁数据分析与挖掘的无限可能
《算法系列相关博客》	持续更新中~	算法与数据结构学习总结，通过JS来编写处理复杂有趣的算法问题，提升你的技术思维
《IT信息技术相关博客》	持续更新中~	作为信息化人员所需要掌握的底层技术，涉及软件开发、网络建设、系统维护等领域的知识
	《信息化人员基础技能知识相关博客》	无论你是开发、产品、实施、经理，只要是从事信息化相关行业的人员，都应该掌握这些信息化的基础知识，可以不精通但是一定要了解，避免日常工作中贻笑大方
	《信息化技能面试宝典相关博客》	涉及信息化相关工作基础知识和面试技巧，提升自我能力与面试通过率，扩展知识面
《前端开发习惯与小技巧相关博客》	持续更新中~	罗列常用的开发工具使用技巧,如 Vscode快捷键操作、Git、CMD、游览器控制台等
《photoshop相关博客》	持续更新中~	基础的PS学习记录，含括PPI与DPI、物理像素dp、逻辑像素dip、矢量图和位图以及帧动画等的学习总结
日常开发&办公&生产【实用工具】分享相关博客》	持续更新中~	分享介绍各种开发中、工作中、个人生产以及学习上的工具，丰富阅历，给大家提供处理事情的更多角度，学习了解更多的便利工具，如Fiddler抓包、办公快捷键、虚拟机VMware等工具

吾辈才疏学浅，摹写之作，恐有瑕疵。望诸君海涵赐教。望轻喷，嘤嘤嘤
非常期待和您一起在这个小小的网络世界里共同探索、学习和成长。愿斯文对汝有所裨益，纵其简陋未及渊博，亦足以略尽绵薄之力。倘若尚存阙漏，敬请不吝斧正，俾便精进！