力扣hot100题解（python版22-28题）

22、相交链表

给你两个单链表的头节点 headA 和 headB ，请你找出并返回两个单链表相交的起始节点。如果两个链表不存在相交节点，返回 null 。

图示两个链表在节点 c1 开始相交**：**

题目数据保证整个链式结构中不存在环。

注意，函数返回结果后，链表必须 保持其原始结构 。

自定义评测：

评测系统 的输入如下（你设计的程序 不适用 此输入）：

intersectVal - 相交的起始节点的值。如果不存在相交节点，这一值为 0
listA - 第一个链表
listB - 第二个链表
skipA - 在 listA 中（从头节点开始）跳到交叉节点的节点数
skipB - 在 listB 中（从头节点开始）跳到交叉节点的节点数

评测系统将根据这些输入创建链式数据结构，并将两个头节点 headA 和 headB 传递给你的程序。如果程序能够正确返回相交节点，那么你的解决方案将被 视作正确答案 。

示例 1：

输入：intersectVal = 8, listA = [4,1,8,4,5], listB = [5,6,1,8,4,5], skipA = 2, skipB = 3
输出：Intersected at '8'
解释：相交节点的值为 8 （注意，如果两个链表相交则不能为 0）。
从各自的表头开始算起，链表 A 为 [4,1,8,4,5]，链表 B 为 [5,6,1,8,4,5]。
在 A 中，相交节点前有 2 个节点；在 B 中，相交节点前有 3 个节点。
— 请注意相交节点的值不为 1，因为在链表 A 和链表 B 之中值为 1 的节点 (A 中第二个节点和 B 中第三个节点) 是不同的节点。换句话说，它们在内存中指向两个不同的位置，而链表 A 和链表 B 中值为 8 的节点 (A 中第三个节点，B 中第四个节点) 在内存中指向相同的位置。

示例 2：

输入：intersectVal = 2, listA = [1,9,1,2,4], listB = [3,2,4], skipA = 3, skipB = 1
输出：Intersected at '2'
解释：相交节点的值为 2 （注意，如果两个链表相交则不能为 0）。
从各自的表头开始算起，链表 A 为 [1,9,1,2,4]，链表 B 为 [3,2,4]。
在 A 中，相交节点前有 3 个节点；在 B 中，相交节点前有 1 个节点。

示例 3：

输入：intersectVal = 0, listA = [2,6,4], listB = [1,5], skipA = 3, skipB = 2
输出：null
解释：从各自的表头开始算起，链表 A 为 [2,6,4]，链表 B 为 [1,5]。
由于这两个链表不相交，所以 intersectVal 必须为 0，而 skipA 和 skipB 可以是任意值。
这两个链表不相交，因此返回 null 。

提示：

listA 中节点数目为 m
listB 中节点数目为 n
1 <= m, n <= 3 * 104
1 <= Node.val <= 105
0 <= skipA <= m
0 <= skipB <= n
如果 listA 和 listB 没有交点，intersectVal 为 0
如果 listA 和 listB 有交点，intersectVal == listA[skipA] == listB[skipB]

思路解答：

首先检查链表 headA 和 headB 是否为空，若其中一个为空，则直接返回 None，表示两个链表不相交。
初始化两个指针 p1 和 p2 分别指向链表 headA 和 headB 的头节点。
进入一个循环，当 p1 不等于 p2 时，分别将 p1 和 p2 往后移动一个节点，如果 p1 或 p2 到达链表末尾，则将其指向另一个链表的头节点。
当 p1 等于 p2 时，意味着找到了相交节点，返回该节点。

注：如果二个链表相交，则在这个相交点后面的路径走的长度一定一样。

class ListNode:
    def __init__(self, x):
        self.val = x
        self.next = None
'''
相交链表
'''
def getIntersectionNode(self, headA: ListNode, headB: ListNode) -> ListNode:

    if not headA or not headB:
        return None

    p1, p2 = headA, headB

    while p1 != p2:
        p1 = p1.next if p1 else headB
        p2 = p2.next if p2 else headA

    return p1

23、反转链表

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。

示例 1：

输入：head = [1,2,3,4,5]
输出：[5,4,3,2,1]

示例 2：

输入：head = [1,2]
输出：[2,1]

示例 3：

输入：head = []
输出：[]

提示：

链表中节点的数目范围是 [0, 5000]
-5000 <= Node.val <= 5000

思路解答：

1、使用三个指针 prev、current 和 next_node，在遍历链表的过程中，不断调整指针的指向，实现链表的原地逆转。

def reverseList(self, head: Optional[ListNode]) -> Optional[ListNode]:

    if not head or not head.next:
        return head

    cur, pre = head, None
    while cur:
        tmp = cur.next  # 暂存后继节点 cur.next
        cur.next = pre  # 修改 next 引用指向
        pre = cur  # pre 暂存 cur
        cur = tmp  # cur 访问下一节点
    return pre

24、回文链表

给你一个单链表的头节点 head ，请你判断该链表是否为回文链表。如果是，返回 true ；否则，返回 false 。

示例 1：

输入：head = [1,2,2,1]
输出：true

示例 2：

输入：head = [1,2]
输出：false

提示：

链表中节点数目在范围[1, 105] 内
0 <= Node.val <= 9

思路解答：

解法一：快慢指针

使用快慢指针找到链表的中点。
将链表的后半部分原地逆转。
比较链表的前半部分和逆转后的后半部分是否相同。

解法二：将链表顺序节点保存到数组中，使用双指针思想判断是否为回文

def isPalindrome(self, head: Optional[ListNode]) -> bool:

    result = []
    cur = head
    while cur is not None:
        result.append(cur.val)
        cur = cur.next

    return result == result[::-1]

25、环形链表

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 。

示例 1：

输入：head = [3,2,0,-4], pos = 1
输出：true
解释：链表中有一个环，其尾部连接到第二个节点。

示例 2：

输入：head = [1,2], pos = 0
输出：true
解释：链表中有一个环，其尾部连接到第一个节点。

示例 3：

输入：head = [1], pos = -1
输出：false
解释：链表中没有环。

提示：

链表中节点的数目范围是 [0, 104]
-105 <= Node.val <= 105
pos 为 -1 或者链表中的一个 有效索引 。

思路解答：

使用两个指针，一个快指针（每次移动两步）和一个慢指针（每次移动一步），从头节点开始同时向后移动。
如果链表中存在环，快指针最终会追上慢指针；如果不存在环，快指针会先到达链表尾部，此时可以判断没有环。

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 or not fast.next:
            return False
        slow = slow.next
        fast = fast.next.next

    return True

26、环形链表II

给定一个链表的头节点 head ，返回链表开始入环的第一个节点。 如果链表无环，则返回 null。

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）。如果 pos 是 -1，则在该链表中没有环。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。

不允许修改 链表。

示例 1：

输入：head = [3,2,0,-4], pos = 1
输出：返回索引为 1 的链表节点
解释：链表中有一个环，其尾部连接到第二个节点。

示例 2：

输入：head = [1,2], pos = 0
输出：返回索引为 0 的链表节点
解释：链表中有一个环，其尾部连接到第一个节点。

示例 3：

输入：head = [1], pos = -1
输出：返回 null
解释：链表中没有环。

提示：

链表中节点的数目范围在范围 [0, 104] 内
-105 <= Node.val <= 105
pos 的值为 -1 或者链表中的一个有效索引

思路解答：

方法一：

使用快慢指针确定链表中是否有环，如果有环，则快慢指针在环中相遇。
让其中一个指针重新指向头节点，另一个指针保持在相遇点，两个指针以相同的速度向前移动。
当它们再次相遇时，相遇的节点就是环的起始节点。

def detectCycle(self, head: Optional[ListNode]) -> Optional[ListNode]:

    if not head or not head.next:
        return None

    slow = head
    fast = head

    while True:
        if not fast or not fast.next:
            return None
        slow = slow.next
        fast = fast.next.next

        if slow == fast:
            break

    slow = head
    while slow != fast:
        slow = slow.next
        fast = fast.next

    return slow

方法二：用数组保存链表节点，按序增加当重复时表示有环即为入口

    def detectCycle(self, head: Optional[ListNode]) -> Optional[ListNode]:
        s = set()
        while head is not None and head not in s:
            s.add(head)
            head = head.next
        return head

27、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 1：

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

示例 2：

输入：l1 = [], l2 = []
输出：[]

示例 3：

输入：l1 = [], l2 = [0]
输出：[0]

提示：

两个链表的节点数目范围是 [0, 50]
-100 <= Node.val <= 100
l1 和 l2 均按 非递减顺序 排列

思路解答：

如果其中一个链表为空，直接返回另一个链表。
比较两个链表头节点的值，将较小值作为合并后链表的头节点。
递归地将剩余部分的链表进行合并，更新头节点的 next 指针。

def mergeTwoLists(self, l1: Optional[ListNode], l2: Optional[ListNode]) -> Optional[ListNode]:
    
    if not l1:
        return l2
    if not l2:
        return l1

    if l1.val < l2.val:
        l1.next = mergeTwoLists(l1.next, l2)
        return l1
    else:
        l2.next = mergeTwoLists(l1, l2.next)
        return l2

28、两数相加

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 1：

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

示例 2：

输入：l1 = [0], l2 = [0]
输出：[0]

示例 3：

输入：l1 = [9,9,9,9,9,9,9], l2 = [9,9,9,9]
输出：[8,9,9,9,0,0,0,1]

提示：

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

思路解答：

创建一个新的链表用于存储相加后的结果。
使用一个变量 carry 来表示进位，初始值为 0。
遍历两个输入链表，同时将它们对应节点的值相加，加上进位值。
将相加结果的个位数部分作为新节点的值，更新进位值为相加结果的十位数部分。
如果一个链表遍历完毕而另一个链表还有剩余节点，继续将剩余节点的值与进位值相加。
如果最后还有进位，需要在结果链表最后添加一个值为进位值的节点。
返回合并后的结果链表。

def addTwoNumbers(self, l1: Optional[ListNode], l2: Optional[ListNode]) -> Optional[ListNode]:

    result = ListNode(0)
    current = result
    carry = 0

    while l1 or l2:
        x = l1.val if l1 else 0
        y = l2.val if l2 else 0

        total = x + y + carry
        carry = total // 10

        current.next = ListNode(total % 10)
        current = current.next

        if l1:
            l1 = l1.next
        if l2:
            l2 = l2.next

    if carry > 0:
        current.next = ListNode(carry)

    return result.next