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经典算法之链表篇(三)

2025/8/19 17:55:03 来源:https://blog.csdn.net/2301_76613040/article/details/141722540  浏览:    关键词:经典算法之链表篇(三)

目录

一:旋转链表(LeetCode.61)

 二:LRU缓存(LeetCode.146)


有关链表的其他算法题,可以参考我上篇写的文章经典算法之链表篇(二)

一:旋转链表(LeetCode.61)

问题描述

给你一个链表的头节点 head ,旋转链表,将链表每个节点向右移动 k 个位置。

示例

输入:head = [1,2,3,4,5], k = 2
输出:[4,5,1,2,3] 

 解题思路

  • 计算链表的长度,并找到链表的尾节点,同时将链表形成一个循环链表。

  • 计算实际需要移动的步数 k = k % 链表长度,因为如果 k 大于链表长度,实际上是重复一整轮的旋转操作。

  • 找到新链表的尾节点和头节点的位置,并将尾节点指向 nullptr,形成新的链表。
    图示:
    第一步:

    第二步:

    第三步:

    第四步:

代码演示

class Solution {public ListNode rotateRight(ListNode head, int k) {if (head == null || k == 0) return head;// 计算链表长度并找到尾节点int len = 1;ListNode tail = head;while (tail.next != null) {tail = tail.next;len++;}// 计算实际需要旋转的次数k = k % len;if (k == 0) return head; // 如果 k 是链表长度的倍数,不需要旋转// 找到倒数第 k+1 个节点,作为新的尾节点ListNode newTail = head;for (int i = 0; i < len - k - 1; i++) {newTail = newTail.next;}// 旋转链表ListNode newHead = newTail.next;newTail.next = null; // 断开环tail.next = head; // 将原链表接到尾部return newHead;}
}

 二:LRU缓存(LeetCode.146)

问题描述:

请你设计并实现一个满足 LRU (最近最少使用) 缓存 约束的数据结构。

实现 LRUCache 类:

  • LRUCache(int capacity)正整数 作为容量 capacity 初始化 LRU 缓存

  • int get(int key) 如果关键字 key 存在于缓存中,则返回关键字的值,否则返回 -1

  • void put(int key, int value) 如果关键字 key 已经存在,则变更其数据值 value ;如果不存在,则向缓存中插入该组 key-value 。如果插入操作导致关键字数量超过 capacity ,则应该 逐出 最久未使用的关键字。

函数 getput 必须以 O(1) 的平均时间复杂度运行。

示例:

输入
["LRUCache", "put", "put", "get", "put", "get", "put", "get", "get", "get"]
[[2], [1, 1], [2, 2], [1], [3, 3], [2], [4, 4], [1], [3], [4]]
输出
[null, null, null, 1, null, -1, null, -1, 3, 4]

解释
LRUCache lRUCache = new LRUCache(2);
lRUCache.put(1, 1); // 缓存是 {1=1}
lRUCache.put(2, 2); // 缓存是 {1=1, 2=2}
lRUCache.get(1);    // 返回 1
lRUCache.put(3, 3); // 该操作会使得关键字 2 作废,缓存是 {1=1, 3=3}
lRUCache.get(2);    // 返回 -1 (未找到)
lRUCache.put(4, 4); // 该操作会使得关键字 1 作废,缓存是 {4=4, 3=3}
lRUCache.get(1);    // 返回 -1 (未找到)
lRUCache.get(3);    // 返回 3
lRUCache.get(4);    // 返回 4 

解题思路:

  • 定义双向链表节点结构体DLinkedNode,包含keyvaluepre(前驱指针)和next(后继指针)四个成员变量。

  • 定义LRUCache类,私有成员变量包括一个哈希表cache(用于存储key到节点的映射)、头指针head(指向双向链表的头部哨兵节点)、尾指针tail(指向双向链表的尾部哨兵节点)、当前缓存节点数量size和缓存容量capacity

  • LRUCache构造函数初始化容量capacitysize为0,创建头部和尾部哨兵节点,并连接头尾节点。

  • get方法先判断key是否存在于哈希表中,如果不存在则返回-1;如果存在,则从哈希表中获取对应节点,并将该节点移动至双向链表头部,最后返回节点的值。

  • put方法先判断key是否存在于哈希表中,如果不存在则创建一个新节点,并将节点添加至双向链表头部,更新哈希表映射,并判断缓存是否超过容量,如果超过则删除双向链表尾部节点和哈希表映射;如果存在则更新节点值,并将节点移动至双向链表头部。

  • 私有方法addToHead用于将节点添加至双向链表头部,removeNode用于移除指定节点,moveToHead用于将指定节点移动至双向链表头部,removeTail用于移除双向链表尾部节点并返回该节点。

代码演示:

import java.util.*;class LRUCache {private int capacity;private Map<Integer, Node> cache;private Node head;private Node tail;// 定义双向链表节点private class Node {int key;int value;Node prev;Node next;Node(int key, int value) {this.key = key;this.value = value;}}// 初始化LRU Cachepublic LRUCache(int capacity) {this.capacity = capacity;cache = new HashMap<>();head = new Node(-1, -1); // 哨兵节点,不存储数据tail = new Node(-1, -1); // 哨兵节点,不存储数据head.next = tail;tail.prev = head;}// 获取key对应的value,并将节点移到链表头部public int get(int key) {if (!cache.containsKey(key)) {return -1;}Node node = cache.get(key);moveToHead(node);return node.value;}// 存入key-value键值对,如果key已存在则更新value,并将节点移到链表头部;否则插入新节点,并移除最近最少使用的节点public void put(int key, int value) {if (cache.containsKey(key)) {Node node = cache.get(key);node.value = value;moveToHead(node);} else {Node newNode = new Node(key, value);cache.put(key, newNode);addToHead(newNode);if (cache.size() > capacity) {Node tailNode = removeTail();cache.remove(tailNode.key);}}}// 将节点添加到链表头部private void addToHead(Node node) {node.prev = head;node.next = head.next;head.next.prev = node;head.next = node;}// 移除节点private void removeNode(Node node) {node.prev.next = node.next;node.next.prev = node.prev;}// 将节点移到链表头部private void moveToHead(Node node) {removeNode(node);addToHead(node);}// 移除链表尾部节点private Node removeTail() {Node tailNode = tail.prev;removeNode(tailNode);return tailNode;}public static void main(String[] args) {LRUCache cache = new LRUCache(2);cache.put(1, 1);cache.put(2, 2);System.out.println(cache.get(1)); // 返回 1cache.put(3, 3); // 该操作会使得关键字 2 作废System.out.println(cache.get(2)); // 返回 -1 (未找到)cache.put(4, 4); // 该操作会使得关键字 1 作废System.out.println(cache.get(1)); // 返回 -1 (未找到)System.out.println(cache.get(3)); // 返回 3System.out.println(cache.get(4)); // 返回 4}
}

 总结

以上的两道链表题是比较常考的,在力扣的难度都为中等,因此要多理解,下一期将继续更新有关力扣的算法题。

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