前端进阶算法4：链表原来如此简单(+leetcode刷题）
引言
链表相对于数组来说，要复杂的多，首先，链表不需要连续的内存空间，它是由一组零散的内存块透过指针连接而成，所以，每一个块中必须包含当前节点内容以及后继指针。最常见的链表类型有单链表、双链表以及循环链表。
学习链表最重要的是 多画图多练习 ，没有捷径可循，在遇到链表问题时，瓶子君总结了一下，可以按照以下五步骤：
- 确定解题的数据结构：单链表、双链表或循环链表等
- 确定解题思路：如何解决问题
- 画图实现：画图可以帮助我们发现思维中的漏洞（一些思路不周的情况）
- 确定边界条件：思考解题中是否有边界问题以及如何解决
- 代码实现：解题完成
本文会给常用链表（单链表、双链表以及循环链表）的基本操作已经代码实现，并给出实现思路，这些都是链表解题的基石，请务必掌握！
最后附赠一道 leetcode 题目！
下面开始本节的学习吧！！！
一、单链表
img
单链表结构：
function List () {
// 节点
let Node = function (element) {
this.element = element
this.next = null
}
// 初始头节点为 null
let head = null
// 链表长度
let length = 0
// 操作
this.getList = function() {return head}
this.search = function(list, element) {}
this.append = function(element) {}
this.insert = function(position, element) {}
this.remove = function(element){}
this.isEmpty = function(){}
this.size = function(){}
}1. 追加节点：
确定解题的数据结构：单链表
确定解题思路： 初始化一个节点（待追加节点），遍历到链尾，在尾节点后插入该节点
画图实现：
确定边界条件： 当链表为 null ，直接将 head 指向待插入节点，不需要遍历
代码实现：
function append (element) {
let node = new Node(element),
p = head
if (!head){
head = node
} else {
while (p.next) {
p = p.next
}
p.next = node
}
length += 1
}
// 测试
let list = new List()
for(let i = 0; i < 5; i+=1) {
list.append(i)
}解题完成
2. 查找：
确定解题的数据结构：单链表
确定解题思路： 遍历单链表，判断节点值是否等于待查找值，相等则返回 true ，否则继续遍历下一个节点，直到遍历完整个链表还未找到，则返回 false
画图实现： 很简单，读者可以尝试画一下
确定边界条件： 当链表为 null ，可直接返回 false
代码实现：
// 判断链表中是否存在某节点
function search(element) {
let p = head
if (!p) return false
while(p) {
if (p.element === element) return true
p = p.next
}
return false
}
// 测试
list.search(4) // true
list.search(11) // false解题完成
3. 在 position 位置插入：
确定解题的数据结构：单链表
确定解题思路： 初始化一个节点（待插入节点 node ），遍历到 position 前一个位置节点，在该节点后插入 node
画图实现：
img
确定边界条件：
- 当 position 为 0 时，直接将插入节点 node.next 指向 head ， head 指向 node 即可，不需要遍历
- 当待插入位置 position < 0 或超出链表长度 position > length ，都是有问题的，不可插入，此时直接返回 null ，插入失败
代码实现：
// 插入 position 的后继节点
function insert (position, element) {
// 创建插入节点
let node = new createNode(element)
if (position >= 0 && position <= length) {
let prev = head,
curr = head,
index = 0
if(position === 0) {
node.next = head
head = node
} else {
while(index < position) {
prev = curr
curr = curr.next
index ++
}
prev.next = node
node.next = curr
}
length += 1
} else {
return null
}
}
// 测试
list.insert(10)解题完成
4. 删除：
确定解题的数据结构：单链表
确定解题思路： 遍历单链表，找到待删除节点，删除
画图实现：
img
确定边界条件： 当链表为 null ，直接返回
代码实现：
// 删除值为 element 节点
function remove (element) {
let p = head, prev = head
if(!head) return
while(p) {
if(p.element === element) {
p = p.next
prev.next = p
} else {
prev = p
p = p.next
}
}
}解题完成
5. 复杂度分析：
查找：从头节点开始查找，时间复杂度为 O(n)
插入或删除：在某一节点后插入或删除一个节点（后继节点）的时间复杂度为 O(1)
链表五步骤是不是很好用，下面看一下双链表
二、双链表
顾名思义，单链表只有一个方向，从头节点到尾节点，那么双链表就有两个方向，从尾节点到头节点：
function DoublyLinkedList() {
let Node = function(element) {
this.element = element
// 前驱指针
this.prev = null
// 后继指针
this.next = null
}
// 初始头节点为 null
let head = null
// 新增尾节点
let tail = null
// 链表长度
let length = 0
// 操作
this.search = function(element) {}
this.insert = function(position, element) {}
this.removeAt = function(position){}
this.isEmpty = function(){ return length === 0 }
this.size = function(){ return length }
}1. 在 position 位置插入节点：
确定解题的数据结构： 双链表
确定解题思路： 初始化一个节点（待插入节点 node ），遍历链表到 position 前一个位置节点，在该节点位置后插入 node
画图实现：
确定边界条件：
当待插入位置 position < 0 或超出链表长度 position > length ，都是有问题的，不可插入，此时直接返回 null ，插入失败
代码实现：
// 插入 position 的后继节点
function insert (position, element) {
// 创建插入节点
let node = new Node(element)
if (position >= 0 && position < length) {
let prev = head,
curr = head,
index = 0
if(position === 0) {
// 在第一个位置添加
if(!head) { // 注意这里与单链表不同
head = node
tail = node
} else {
// 双向
node.next = head
head.prev = node
// head 指向新的头节点
head = node
}
} else if(position === length) {
// 插入到尾节点
curr = tial
curr.next = node
node.prev = curr
// tail 指向新的尾节点
tail = node
} else {
while(index < position) {
prev = curr
curr = curr.next
index ++
}
// 插入到 prev 后，curr 前
prev.next = node
node.next = curr
curr.prev = node
node.prev = prev
}
length += 1
return true
} else {
return false
}
}
// 测试
list.insert(10)解题完成
2. 删除：
确定解题的数据结构： 双链表
确定解题思路： 遍历双链表，找到待删除节点，删除
画图实现：
确定边界条件： 当链表为 null ，直接返回
代码实现：
// 删除 position 位置的节点
function removeAt (position) {
if (position >= 0 && position < length && length > 0) {
let prev = head,
curr = head,
index = 0
if(position === 0) {
// 移除头节点
if(length === 1) { // 仅有一个节点
head = null
tail = null
} else {
head = head.next
head.prev = null
}
} else if(position === length-1) {
// 移除尾节点
curr = tial
tail = curr.prev
tail.next = null
} else {
while(index < position) {
prev = curr
curr = curr.next
index ++
}
// 移除curr
prev.next = curr.next
curr.next.prev = prev
}
length -= 1
return curr.element
} else {
return null
}
}解题完成
3. 查找：
双链表的查找和单链表类似，都是遍历链表，找到返回 true，找不到返回 false 。
4. 复杂度分析：
查找：查找前驱节点或后继节点时间复杂度为 O(1)，其它节点仍为 O(n)
插入或删除：插入或删除前驱节点或后继节点的时间复杂度都为 O(1)
> 三、循环单链表
循环单链表是一种特殊的单链表，它和单链表的唯一区别是：单链表的尾节点指向的是 NULL，而循环单链表的尾节点指向的是头节点，这就形成了一个首尾相连的环：
img
既然有循环单链表，当然也有循环双链表，循环双链表和双链表不同的是：
- 循环双链表的 tail.next（ tail 的后继指针） 为 null ，循环双链表的 tail.next 为 head
- 循环双链表的 head.prev（ head 的前驱指针） 为 null ，循环双链表的 head.prev 为 tail
这里以循环单列表为例
function CircularLinkedList() {
let Node = function(element) {
this.element = element
// 后继指针
this.next = null
}
// 初始头节点为 null
let head = null
// 链表长度
let length = 0
// 操作
this.search = function(element) {}
this.insert = function(positon, element) {}
this.removeAt = function(position){}
this.isEmpty = function(){ return length === 0 }
this.size = function(){ return length }
}1. 在 positon 后插入：
确定解题的数据结构： 循环单链表
确定解题思路： 初始化一个节点（待插入节点 node ），遍历到 position 前一个位置节点，在该节点后插入 node
画图实现：
确定边界条件：
- 当 position 为 0 时，需要遍历到尾节点，然后在尾节点后插入节点 ， 并将 head 指向
- 当待插入位置 position < 0 或超出链表长度 position > length ，都是有问题的，不可插入，此时直接返回 null ，插入失败
代码实现：
// 插入 position 的后继节点
function insert (position, element) {
// 创建插入节点
let node = new createNode(element)
if (position >= 0 && position <= length) {
let prev = head,
curr = head,
index = 0
if(position === 0) {
// 与单链表插入不同的
while(index < length) {
prev = curr
curr = curr.next
index ++
}
prev.next = node
node.next = curr
head = node
} else {
while(index < position) {
prev = curr
curr = curr.next
index ++
}
prev.next = node
node.next = curr
}
length += 1
} else {
return null
}
}
// 测试
list.insert(10)解题完成
2. 查找：
和单链表类似，唯一不同的是：循环单链表的循环结束条件为 p !== head
// 判断链表中是否存在某节点
function search(element) {
let p = head
if (!p) return false
// 和单链表的不同所在
while(p !== head) {
if (p.element === element) return true
p = p.next
}
return false
}
// 测试
list.search(4) // true
list.search(11) // false解题完成
3. 删除：
和单链表类似，唯一不同的是：循环单链表的循环结束条件为 p !== head
// 删除值为 element 节点
function remove (element) {
let p = head, prev = head
if(!head) return
while(p !== head) {
if(p.element === element) {
p = p.next
prev.next = p
} else {
prev = p
p = p.next
}
}
}解题完成
4. 复杂度分析
查找：循环链表从任一节点开始查找目标节点，时间复杂度为 O(n)
插入或删除：它和单链表一样，后继节点插入及删除的时间复杂度为 O(1)
> 四、leetcode21：合并两个有序链表
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。
示例：
输入：1->2->4, 1->3->4
输出：1->1->2->3->4->4欢迎将答案提交到 https://github.com/sisterAn/JavaScript-Algorithms/issues/11，让更多人看到，瓶子君也会在明日放上自己的解答。
