Leetcod面试经典150题刷题记录-系列
Leetcod面试经典150题刷题记录——数组 / 字符串篇
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Leetcod面试经典150题刷题记录——栈篇
本篇：Leetcod面试经典150题刷题记录——链表篇

1. 环形链表

题目链接：环形链表 - leetcode
题目描述：
给你一个链表的头节点 head ，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，评测系统内部使用整数 pos 来表示链表尾连接到链表中的位置（索引从 0 开始）。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 。
题目归纳：
经典面试题，一定要掌握

解题思路：
解法： 环形链表 - leetcode官方题解
(1) 集合法。把每个访问过的节点，添加到集合中去，如果下一个要访问的节点在集合中出现过，那么说明链表循环了。时间复杂度$O(n)$，空间复杂度$O(n)$。
(2) 快慢指针法，我觉得也可以叫套圈法。想象有一个操场，一个人跑得快，一个人跑得慢，不考虑体力消耗，跑得快的人一定会把跑得慢的人套圈，田径比赛中一旦被套圈了，那是神仙也难帮。链表存在环，使用快慢指针求解也是一样的道理。时间复杂度$O(n)$，空间复杂度$O(1)$。

1.1 集合法

# Definition for singly-linked list.
# class ListNode:
#     def __init__(self, x):
#         self.val = x
#         self.next = None

class Solution:
    def hasCycle(self, head: Optional[ListNode]) -> bool:
        visited_table = set()
        while head:
            if head in visited_table: # 访问过，说明链表循环了
                return True
            visited_table.add(head)
            head = head.next
        return False

1.2 快慢指针法

 # Definition for singly-linked list
 # class ListNode:
 #     def __init__(self, x):
 #         self.val = x
 #         self.next = None

class Solution:
    def hasCycle(self, head: Optional[ListNode]) -> bool:
        if not head or not head.next:
            return False
        
        slow = head
        fast = head.next
        while slow != fast:
            if not fast.next or not fast.next.next:
                return False
            slow = slow.next
            fast = fast.next.next
        
        return True

2. 两数相加

题目链接：两数相加 - leetcode
题目描述：
给你两个 非空 的链表，表示两个非负的整数。它们每位数字都是按照 逆序 的方式存储的，并且每个节点只能存储 一位 数字。
请你将两个数相加，并以相同形式返回一个表示和的链表。
你可以假设除了数字 0 之外，这两个数都不会以 0 开头。

示例：
输入：l1 = [2,4,3], l2 = [5,6,4]
输出：[7,0,8]
解释：342 + 465 = 807.

每个链表中的节点数在范围 [1, 100] 内
0 <= Node.val <= 9
题目数据保证列表表示的数字不含前导零

题目归纳：
考察的是：新建一个链表，手动实现进位。

解题思路：
解法： 两数相加 - leetcode官方题解
(1)原地解法。把值都加到长度更长的那条链表上去
(2)新建链表法。

2.1原地解法（原创，仍有改进空间，可以取消多次遍历）

# Definition for singly-linked list.
# class ListNode:
#     def __init__(self, val=0, next=None):
#         self.val = val
#         self.next = next
class Solution:
    def addTwoLinkTogether(self, l1: Optional[ListNode], l2: Optional[ListNode]):
        # 默认len(l1) > len(l2)，将l2加到l1身上去
        p1 = l1
        p2 = l2

        carry = 0
        remain = 0
        while p1 and p2:
            res = (p1.val + carry) + p2.val
            carry = int(res//10) # 进位
            remain = res % 10    # 余数

            # 更新
            p1.val = remain

            # 继续往后走
            pre = p1
            p1 = p1.next
            p2 = p2.next
            
            # 满足下面的条件，说明末尾还有进位，需要新建节点
            if carry > 0 and not p1:
                pre.next = ListNode(carry)


        # 现在的情况:
        # (1)p1和p2均空
        # (2)p2为空，p1还有剩余。因为默认len1 > len2
        while p1 != None:
            res = (p1.val + carry)
            carry = int(res//10) # 进位
            remain = res % 10    # 余数
            
            # 更新
            p1.val = remain
            
            # 继续往后走
            pre = p1
            p1 = p1.next

            # 满足下面的条件，说明末尾还有进位，需要新建节点
            if carry > 0 and not p1:
                pre.next = ListNode(carry)
                

        return l1



    def get_len_of_two_links(self, l1: Optional[ListNode], l2: Optional[ListNode]): # 这会开辟新的空间吗？不会，是地址传递，所以要额外的用p1,p2指针
        len1 = 0
        len2 = 0
        p1 = l1
        p2 = l2
        while p1:
            len1 += 1
            p1 = p1.next
        while p2:
            len2 += 1
            p2 = p2.next
        return [len1, len2]


    def addTwoNumbers(self, l1: Optional[ListNode], l2: Optional[ListNode]) -> Optional[ListNode]:
        # 原地解法，操作长度更长的那条链表
        len1, len2 = self.get_len_of_two_links(l1, l2)
        dum_head = ListNode(-1)
        if len1 > len2:
            dum_head.next = self.addTwoLinkTogether(l1, l2) # 返回相加后得到的head节点 
        else:
            dum_head.next = self.addTwoLinkTogether(l2, l1)
        return dum_head.next

2.2新建链表空间解法

# Definition for singly-linked list.
# class ListNode:
#     def __init__(self, val=0, next=None):
#         self.val = val
#         self.next = next
class Solution:
    def addTwoNumbers(self, l1: Optional[ListNode], l2: Optional[ListNode]) -> Optional[ListNode]:
        # 由于输入的两个链表，都是逆序存储数字位数的，因此两个链表中的同一位置的数字可以直接相加
        # 同时遍历两个链表，逐位计算它们的和，并与当前位置的进位值相加。
        # 具体的，若当前两个链表处所处相应位置的数字为n1,n2，进位值为carry，则它们的和为 n1 + n2 + carry
        # 其中，答案链表处相应的位置数字为 (n1 + n2 + carry) % 10，新的进位值为 int((n1 + n2 + carry) // 10)
        # 若两个链表长度不同，可以认为长度短的链表，后面有若干个0
        # 若链表遍历结束后，有carry > 0，需在答案链表后，附加一个新节点，值为carry

        head, tail = None, None
        carry = 0
        n1, n2 = 0, 0
        while l1 != None or l2 != None: # 遍历链表
            if l1 != None:  n1 = l1.val 
            else:           n1 = 0
            if l2 != None:  n2 = l2.val
            else:           n2 = 0

            Sum = n1 + n2 + carry       
            if not head:
                head = ListNode(Sum % 10) 
                tail = head
            else:
                tail.next = ListNode(Sum % 10)
                tail = tail.next
            carry = int(Sum // 10)        # 进位值

            if l1 != None:  l1 = l1.next  # 继续遍历
            if l2 != None:  l2 = l2.next

        if carry > 0:                     # 出l1,l2链表后，仍存在进位值，还需要新创建一个节点
            tail.next = ListNode(carry)
        
        return head

3. 合并两个有序链表

题目链接：合并两个有序链表 - leetcode
题目描述：
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。

输入：l1 = [1,2,4], l2 = [1,3,4]
输出：[1,1,2,3,4,4]

题目归纳：

解题思路：
解法： 合并两个有序链表 - leetcode官方题解
(1)开辟新的链表空间
(2)在原链表空间上直接合并

3.1 开辟新的链表空间

# Definition for singly-linked list.
# class ListNode:
#     def __init__(self, val=0, next=None):
#         self.val = val
#         self.next = next
class Solution:
    def mergeTwoLists(self, list1: Optional[ListNode], list2: Optional[ListNode]) -> Optional[ListNode]:
        prehead = ListNode(-1) # 伪头部节点，初始化用-1

        prev = prehead
        
        while list1 and list2:
            if list1.val <= list2.val:
                prev.next = ListNode(list1.val)
                prev = prev.next
                list1 = list1.next
            else:
                prev.next = ListNode(list2.val)
                prev = prev.next
                list2 = list2.next

        
        # list1,list2最多还有一个未被合并完
        while list1:
            prev.next = ListNode(list1.val)
            prev = prev.next
            list1 = list1.next
        while list2:
            prev.next = ListNode(list2.val)
            prev = prev.next
            list2 = list2.next
        return prehead.next

3.2 在原链表空间上直接合并

受上一题的启发，可以在原链表空间上直接合并，不需要开辟新的链表空间

# Definition for singly-linked list.
# class ListNode:
#     def __init__(self, val=0, next=None):
#         self.val = val
#         self.next = next
class Solution:
    def mergeTwoLists(self, list1: Optional[ListNode], list2: Optional[ListNode]) -> Optional[ListNode]:
        # 
        dum_head = ListNode(-1) # 伪头结点

        tail = dum_head

        while list1 and list2:
            if list1.val <= list2.val: # 按升序排列，存较小的值
                tail.next = list1
                list1 = list1.next
            else:
                tail.next = list2
                list2 = list2.next
            tail = tail.next
        
        if list1:
            tail.next = list1
        elif list2:
            tail.next = list2
        
        return dum_head.next # 伪头结点.next 才是链表的真正开端

4. 复制带随机指针的链表

题目链接：复制带随机指针的链表 - leetcode
题目描述：
给你一个长度为 n 的链表，每个节点包含一个额外增加的随机指针 random ，该指针可以指向链表中的任何节点或空节点。
构造这个链表的 深拷贝。
题目归纳：
手动实现深拷贝。

解题思路：
解法： 复制带随机指针的链表 - leetcode官方题解

"""
# Definition for a Node.
class Node:
    def __init__(self, x: int, next: 'Node' = None, random: 'Node' = None):
        self.val = int(x)
        self.next = next
        self.random = random
"""

class Solution:
    def copyRandomList(self, head: 'Optional[Node]') -> 'Optional[Node]':
        # 一个链表，长度为n，每个节点包含一个额外增加的随机指针random，该random指针可以指向链表中的任何节点或空节点。
        # 请构造这个链表的深拷贝。深拷贝应，正好由n个全新节点组成，其中，每个新节点的值都设置为对应的原节点的值
        # 新节点的next和random也都应指向复制链表中的新节点，并使原链表和复制链表中的这些指针能表示相同的链表状态。
        # 最后，返回复制链表的头节点。

        # 三次遍历
        if not head:
            return None
        
        # (1)遍历，以 A -> B -> C 为基础构造 A -> A' -> B -> B' -> C -> C'
        node = head
        while node:
            nodeNew = Node(node.val)
            nodeNew.next = node.next
            node.next = nodeNew

            node = nodeNew.next

        # (2)遍历，复制random随机节点的信息
        node = head
        while node:
            nodeNew = node.next
            if node.random:
                nodeNew.random = node.random.next # node.random.next是其自身的nodeNew节点
            else:
                nodeNew.random = None
            
            node = nodeNew.next
            
        # (3)遍历，拆分node和nodeNew
        headNew = head.next
        node = head
        while node:
            nodeNew = node.next
            node.next = node.next.next # A->A'->B 变为 A->B
            if nodeNew.next:
                nodeNew.next = nodeNew.next.next
            else:
                nodeNew.next = None
            node = node.next # A->B. node从此刻的A变为B

        return headNew

5. 反转链表 II

5.1 前导题(反转链表)

题目链接：反转链表 - leetcode
题目描述：
给你单链表的头节点 head ，请你反转链表，并返回反转后的链表。
题目归纳：

解题思路：
解法： 反转链表 - leetcode官方题解
完成链表反转共需三步：
(1)暂存。暂存下一个节点信息，以免被反转过程丢失。
(2)反转。
(3)后移。继续反转下一个节点

# Definition for singly-linked list.
# class ListNode:
#     def __init__(self, val=0, next=None):
#         self.val = val
#         self.next = next
class Solution:
    def reverseList(self, head: Optional[ListNode]) -> Optional[ListNode]:
        prev = None
        curr = head

        while curr:
            # 暂存
            next_node = curr.next
            
            # ***反转***
            curr.next = prev        
            
            # 后移
            prev = curr             
            curr = next_node        
        
        return prev

5.2 本题解法

题目链接：反转链表 II - leetcode
题目描述：
给你单链表的头指针 head 和两个整数 left 和 right ，其中 left <= right 。请你反转从位置 left 到位置 right 的链表节点，返回 反转后的链表 。

题目归纳：
是前导题反转链表的升级版。

解题思路：
解法： 反转链表 II - leetcode官方题解
完成区间链表反转共需6步：
(1)从虚拟头节点走left-1步，来到left节点的前一个节点
(2)从pre再走 right-left + 1步，来到right节点
(3)截取链表，并记录好right的下一个节点位置
(4)切断链接，以便反转区间[left, right]
(5)反转链表区间[left, right]
(6)反转链表接上原来的链表之中, right_node成为反转链表的head

# Definition for singly-linked list.
# class ListNode:
#     def __init__(self, val=0, next=None):
#         self.val = val
#         self.next = next
class Solution:
    def reverseBetween(self, head: Optional[ListNode], left: int, right: int) -> Optional[ListNode]:
        # 定义一个函数，用来反转链表
        def reverse_linked_list(head: ListNode):
            pre = None
            curr = head
            while curr != None:
                # 暂存
                curr_next = curr.next
                # 反转
                curr.next = pre
                # 后移
                pre = curr
                curr = curr_next
        
        dum_head = ListNode(-1)
        dum_head.next = head
        pre = dum_head
        # (1)从虚拟头节点走left-1步，来到left节点的前一个节点
        for _ in range(left-1):
            pre = pre.next
        
        # (2)从pre再走 right-left + 1步，来到right节点
        right_node = pre
        for _ in range(right-left + 1):
            right_node = right_node.next
        
        # (3)截取链表
        left_node = pre.next
        succ = right_node.next

        # 切断链接，以便反转区间[left, right]
        pre.next = None
        right_node.next = None

        # (4)反转区间[left, right]
        reverse_linked_list(left_node)

        # (5)反转链表接上原来的链表之中, right_node成为反转链表的head
        pre.next = right_node
        left_node.next = succ

        return dum_head.next

6. K 个一组翻转链表

题目链接：K 个一组翻转链表 - leetcode
题目描述：
给你链表的头节点 head ，每 k 个节点一组进行翻转，请你返回修改后的链表。k 是一个正整数，它的值小于或等于链表的长度。如果节点总数不是 k 的整数倍，那么请将最后剩余的节点保持原有顺序。你不能只是单纯的改变节点内部的值，而是需要实际进行节点交换。
题目归纳：
升级了一段代码的理解：反转链表。反转链表可以作为反转一个链表区间来理解。

解题思路：
解法： K 个一组翻转链表 - leetcode官方题解

# Definition for singly-linked list.
# class ListNode:
#     def __init__(self, val=0, next=None):
#         self.val = val
#         self.next = next
class Solution:
    # 翻转一个子链表。这段代码是对反转链表的提炼，升华，重点在prev的含义理解上
    def reverse(self, head: ListNode, tail: ListNode):
        prev = tail.next # 第一次翻转时，要续上尾，tail.next = None是特例
        p = head
        while prev != tail:
            # 暂存
            next_node = p.next
            # 翻转
            p.next = prev
            # 后移
            prev = p
            p = next_node
        return tail, head # 新的头节点和尾节点


    def reverseKGroup(self, head: Optional[ListNode], k: int) -> Optional[ListNode]:
        # 把链表节点按 k个一组 分组，使用一个head指针，依次指向每组的头节点。head指针每次向前移动k步，直到链表结尾
        # 对于每个分组，先判断其长度是否 >= k，若是，翻转着部分链表，否则不翻转
         
        hair = ListNode(-1) # 头head上面是头发hair，不要怕head找不到，有hair拎着头发拽头皮
        hair.next = head

        pre = hair
        while head:
            # tail起点是pre，这样0+k步的偏移量才对
            tail = pre
            # 剩余部分长度是否 >= k
            for i in range(k):
                tail = tail.next
                if not tail: # 剩余部分长度 < k
                    return hair.next
            next_node = tail.next
            head,tail = self.reverse(head, tail) # 反转后，新的头节点与尾节点
            # 把反转后的子链表重新接回原链表
            pre.next = head
            tail.next = next_node
            # 后移
            pre = tail
            head = tail.next
        return hair.next

7. 删除链表的倒数第 N 个结点

题目链接：删除链表的倒数第 N 个结点 - leetcode
题目描述：
给你一个链表，删除链表的倒数第 n 个结点，并且返回链表的头结点。
题目归纳：
(1)双指针解法:记得题目求倒数第几个位置时，如果预先不知道长度，可以用双指针，其本质类似于滑动窗口。

解题思路：
解法： 删除链表的倒数第N个节点 - leetcode官方题解

# Definition for singly-linked list.
# class ListNode:
#     def __init__(self, val=0, next=None):
#         self.val = val
#         self.next = next
class Solution:
    def removeNthFromEnd(self, head: Optional[ListNode], n: int) -> Optional[ListNode]:
        # 题目保证n不会超出链表的长度，但最好还是做一个判断
        # 伪头节点
        dum_head = ListNode(-1)
        dum_head.next = head

        # 双指针解法，记得求倒数第几个位置时，如果预先不知道长度，可以用双指针，其本质类似于滑动窗口
        fast = head
        slow = dum_head

        # (1)fast先走n步，并且要保证走完n步不超出链表
        # reach_n_step = True
        for i in range(0,n):
            if i < n-1 and not fast: # # 没走完n步就出现了fast=None，故不存在倒数第n个节点，不再继续往后走
                # reach_n_step = False 
                # continue
                return head
            else:
                fast = fast.next

        # (2)slow和fast一起走，直到fast为None
        while fast:
            fast = fast.next
            slow = slow.next
        
        # (3)此时slow指向倒数第n个节点的pre位置
        slow.next = slow.next.next # 删除倒数第n个节点
        return dum_head.next # 之所以不返回head，是为避免当head本身被删除时出现错误

8. 删除排序链表中的重复元素 II

题目链接：删除排序链表中的重复元素 II - leetcode
题目描述：
给定一个已排序的链表的头 head ， 删除原始链表中所有重复数字的节点，只留下不同的数字 。返回 已排序的链表 。
题目归纳：
(1)双指针解法:记得题目求倒数第几个位置时，如果预先不知道长度，可以用双指针，其本质类似于滑动窗口。

解题思路：
解法： 删除排序链表中的重复元素 II - leetcode官方题解

# Definition for singly-linked list.
# class ListNode:
#     def __init__(self, val=0, next=None):
#         self.val = val
#         self.next = next
class Solution:
    def deleteDuplicates(self, head: Optional[ListNode]) -> Optional[ListNode]:
        # 很类似于一道题：【删除有序数组中的重复项】，【删除有序数组中的重复项】那道题有一个重要的性质，即
        # 若linklist[i] == linklist[k]，则必有i <= j <= k，linklist[i] == linklist[k] == linklist[j]
        # 但本题是把重复的链表元素都删除，而不是删到只剩下一个

        # 一次遍历即可以删除重复元素
        # (1)建立一个dummy_head伪头节点，你可以叫它hair这样更直观，我也是刷其它题遇到的这个命名方式，十分形象，以后就固定用hair了
        # (2)cur指向hair节点，然后对链表开始遍历
        # (3)若cur.next与cur.next.next的val值相同，则需要将 cur节点 之后(另一种表述方式为：cur.next以及cur.next之后的节点)
        #    的所有相同元素值的链表节点全部删除，直到cur.next为空节点或cur.next的val值不等于x，此时链表中所有元素值为x的重复节点全部删除
        # (4)返回hair.next
        # 注意cur.next与cur.next.next的判断，当cur.next为None时，cur.next.next会报错，and短路运算可以避免该问题，所以判断顺序是重要的
        # 另外，需要释放已经被删除节点的空间，这是官方题解没有完成的。

        if not head:
            return None
        

        hair = ListNode(-1, head) # hair.next = head
        curr = hair
        while curr.next and curr.next.next: # 节点存在，关键逻辑(1)
            if curr.next.val == curr.next.next.val: # 值重复，关键逻辑(2)
                x = curr.next.val
                while curr.next and curr.next.val == x: # 指针跨指下一个，关键逻辑(3) 
                    wait_tobe_del_node = curr.next  # 等待被从内存中释放空间的节点 
                    curr.next = curr.next.next
                    del wait_tobe_del_node
            else:
                curr = curr.next
        return hair.next

9. 旋转链表

题目链接：旋转链表 - leetcode
题目描述：
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。
题目归纳：
容易让人联想到旋转数组，旋转数组一题需要3次原地反转，但这道题是链表，可以利用链表特性

解题思路：
解法： 旋转链表 - leetcode官方题解
尾头相连，找到新的尾部断开，即是符合要求的链表。

# Definition for singly-linked list.
# class ListNode:
#     def __init__(self, val=0, next=None):
#         self.val = val
#         self.next = next
class Solution:
    def get_len_and_tailNode(self, head) -> int: # 确保 head!=None
        cnt = 1
        tail = head
        while tail.next:
            cnt += 1
            tail = tail.next
        return cnt, tail # 链表长度与尾节点

    def rotateRight(self, head: Optional[ListNode], k: int) -> Optional[ListNode]:
        # 旋转数组的进阶版，但是有一种更快的解法是，把链表作为一个环闭起来，然后在闭环中移动，最后在指定位置处断开即可。

        # 给定链表长度为n，当移动次数k>=n时，只需要移动 k mod n 次即可
        # 因此，新链表的最后一个节点为 原链表的 第 n - (k mod n)个节点，（此处认为下标从1开始）
        # 故可以先将给定的链表连成环，然后在指定位置断开，就是向右旋转后的链表了，妙！

        if k == 0 or head == None or head.next == None: # 特例判断
            return head 

        # (1)先计算出链表的长度n 与 尾节点
        n,tail = self.get_len_and_tailNode(head)

        # (2)找到该链表的末尾节点，将其与头节点相连
        add = n - (k%n) # add：偏移量
        if add == n:    # k是n的整数倍
            return head
        tail.next = head # 尾头相连

        # (3)查找断开位置，即尾节点位置
        while add > 0:  # 
            tail = tail.next
            add -= 1
        
        # (4)断开
        new_head = tail.next
        tail.next = None
        return new_head        

10. 分隔链表

题目链接：分隔链表 - leetcode
题目描述：
给你一个链表的头节点 head 和一个特定值 x ，请你对链表进行分隔，使得所有 小于 x 的节点都出现在 大于或等于 x 的节点之前。你应当 保留 两个分区中每个节点的初始相对位置。
题目归纳：
容易让人联想到旋转数组，旋转数组一题需要3次原地反转，但这道题是链表，可以利用链表特性

解题思路：
解法： 分隔链表 - leetcode官方题解
见官方题解

# Definition for singly-linked list.
# class ListNode:
#     def __init__(self, val=0, next=None):
#         self.val = val
#         self.next = next
class Solution:
    def partition(self, head: Optional[ListNode], x: int) -> Optional[ListNode]:
        # 快速排序链表版？有人确实采用了快排的思路来解本题，但官方解法不是这样做的，官方解法很直接，就像分别拎着两挂爆竹，一串爆竹小，一串爆竹大
        # 特定值x出现的节点就类似于快排的pivot轴点，比pivot位置值小的被放到左边，比pivot位置值大的被放到右边
        # 不清楚快排工作原理的请看
        #【快速排序（双指针法）动画演示】 https://www.bilibili.com/video/BV1rW4y1x7Kh/?share_source=copy_web&vd_source=9105639a94a36385de5325000172f507

        # 维护两个链表，small和large。small按顺序存储所有小于x的节点，large按顺序存储所有大于x的节点。遍历完原链表后，将small末尾指向large头部，即完成了对链表的分隔
        # hair_small, hair_large分别为small, large链表的伪头节点，hair_small.next = head, hair_large.next = head
        # 同时假设small和large节点指向当前链表的末尾节点，随后，从前往后遍历链表，判断当前链表的节点值是否小于x，若小于，则将small.next指向该节点，否则将large.next指向该节点
        # 遍历结束后，将large.next置空，这是因为当前节点是复用的原链表节点，large.next可能指向一个小于x的节点，因此要切断该引用。同时将small.next指向hair_head.next指向的节点，即真正意义上的large链表头节点，最后返回hair_small.next即为答案。
        small = ListNode(-1)
        hair_small = small
        large = ListNode(-1)
        hair_large = large
        while head: # 一次遍历，不用额外变量
            if head.val < x: # small串起来
                small.next = head
                small = small.next
            else:
                large.next = head
                large = large.next
            head = head.next
        # 断链
        large.next = None
        # 续链
        small.next = hair_large.next
        return hair_small.next

11. LRU 缓存

题目链接：LRU 缓存 - leetcode
题目描述：
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) 以 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 get 和 put 必须以 $O(1)$ 的平均时间复杂度运行。

题目归纳：
LRU 缓存在计算机组成原理与OS课程中是常客，在OS中的Cache替换算法出现次数尤其频繁，先复习下 LRU 的定义
LRU(Least(最少) Recently(近) Used 最近最少使用)侧重于观察最近访问，实现起来比LFU更简单，LFU(Least Frequently Used 最不经常使用)侧重于根据数据的访问次数所得出的统计规律。
当场景满足以下两个特点时，使用LFU
(1) 长期的数据访问模式是稳定的。
(2) 重视数据项的频率 > 重视数据项的时效，也就是关注长期 > 关注短期。

参考文章或视频链接
[1] LRU算法 - 百度百科
[2] LFU算法 - Wikipedia
[3] 【Java面试】LRU算法和LFU算法的本质区别？- bilibili
[4] Difference between LRU and LFU Page Replacement Algorithm
[5] What is the difference between LRU and LFU
[6] Cache replacement policies

解题思路：
解法： LRU缓存机制 - leetcode官方题解

class DLinkNode: # 双向链表
    def __init__(self, key=0, value=0):
        self.key = key # 比普通的双向链表多个key
        self.value = value
        self.prev = None
        self.next = None


# 因为要求O(1)时间复杂度，才会用到Hash表
class LRUCache:
    # 哈希表+双向链表(自带的Dqueue)
    def __init__(self, capacity: int):
        # 以 正整数 作为容量 capacity 初始化 LRU 缓存
        self.cache = {}
        self.dum_head = DLinkNode()
        self.dum_tail = DLinkNode()
        
        self.dum_head.next = self.dum_tail
        self.dum_tail.next = self.dum_head

        self.capacity = capacity 
        self.size = 0             # size <= capacity
        

    def get(self, key: int) -> int:
        # 平均时间复杂度: O(1)
        
        # 关键字 key 不存在于缓存中，返回 -1 。
        if key not in self.cache: 
            return -1

        # 如果关键字 key 存在于缓存中，则返回关键字的值。
        # 通过哈希表定位，再移动到双向链表的头部
        node = self.cache[key]
        self.moveToHead(node)
        return node.value

    def put(self, key: int, value: int) -> None:
        # 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。
        # 平均时间复杂度: O(1)
        if key not in self.cache: # 如果不存在，则向缓存中插入该组 key-value 。
            node = DLinkNode(key, value)
            self.cache[key] = node

            self.addToHead(node)
            self.size += 1
            if self.size > self.capacity:
                removed = self.removeTail()
                self.cache.pop(removed.key)
                self.size -= 1

        else: # 关键字 key 已经存在，先通过哈希表定位，变更其数据值 value，再移动到头部
            node = self.cache[key]
            node.value = value
            self.moveToHead(node)

    def addToHead(self, node): # (1)添加到头部
        # (1)新节点构建双向关系
        node.prev = self.dum_head
        node.next = self.dum_head.next
        # (2)老节点拆除旧关系的同时构建新关系
        self.dum_head.next.prev = node
        self.dum_head.next = node
    
    def removeNode(self, node): # (2)移除节点，提供给moveToHead()与removeTail()使用
        node.prev.next = node.next
        node.next.prev = node.prev
    
    def moveToHead(self, node): # (3)移动到头部是一个组合操作 = 移除节点+添加到头部
        self.removeNode(node)
        self.addToHead(node)

    def removeTail(self): # (4)淘汰尾部节点
        node = self.dum_tail.prev
        self.removeNode(node)
        return node



# Your LRUCache object will be instantiated and called as such:
# obj = LRUCache(capacity)
# param_1 = obj.get(key)
# obj.put(key,value)