C语言算法学习之双向链表详解

一、练习题目

题目链接	难度
1472. 设计浏览器历史记录	★★★☆☆
430. 扁平化多级双向链表	★★★☆☆
剑指 Offer II 028. 展平多级双向链表	★★★☆☆
剑指 Offer 36. 二叉搜索树与双向链表	★★★★☆

二、算法思路

1、设计浏览器历史记录

1.这是一个模拟题；

2.初始化生成一个头结点，记录一个当前结点；

3.向前和向后是两个类似的过程，可以统一实现，注意一些边界条件。

struct Node {
    string val;
    Node* prev;
    Node* next;
};

class BrowserHistory {
    Node * List, *Current;
public:
    BrowserHistory(string homepage) {
        List = new Node();
        List->prev = List->next = nullptr;
        List->val = homepage;

        Current = List;
    }
    
    void visit(string url) {
        Node *Next = Current->next;
        if(Next == nullptr) {
            Current->next = new Node();
            Current->next->next = nullptr;
            Current->next->prev = Current;
        }else {
            Node *tmp = Next->next;
            Next->next = nullptr;
            // free
            while(tmp) {
                Node *node = tmp->next;
                delete tmp;
                tmp = node;
            }
        }
        Current->next->val = url;
        Current = Current->next;
    }
    
    string back(int steps) {
        string str = Current->val;
        Node *pre;
        while(steps-- && Current) {
            pre = Current;
            Current = Current->prev;
            if(Current) str = Current->val;
        }
        if(nullptr == Current) Current = pre;
        return str;

    }
    
    string forward(int steps) {
        string str = Current->val;
        Node *pre;
        while(steps-- && Current) {
            pre = Current;
            Current = Current->next;
            if(Current) str = Current->val;
        }
        if(nullptr == Current) Current = pre;
        return str;
    }
};

2、扁平化多级双向链表

1.利用一个递归函数last = dfs(now)，一旦遇到child域非空的结点，则递归计算clast = dfs(now->child)，返回值是递归展平后的最后一个结点，然后进行双向链表的链接操作。

2.例如，当前有 child域的结点为now，它的下一个结点是next，递归计算以后得到展平的链表的最后一个结点为 clast，则有如下关系：

 now <---> now->child    ...    clast <---> next

3.根据以上关系调整双向链表，注意不要忘记将child域置空。

4.当遍历到这个双向链表的最后一个结点的时候，如果它有child域，则当前链表的最后一个结点就是clast，否则就是它自己now；

class Solution {
    Node* dfs(Node* head) {
        Node *now = head;
        Node *last = nullptr;

        while(now) {
            Node *cLast;
            if(now->child) {
                cLast = dfs(now->child);
                Node *next = now->next;

                // now <--> cFirst   ... cLast <---> next;
                now->next = now->child;
                now->child = nullptr;
                now->next->prev = now;

                if(next) {
                    next->prev = cLast; 
                }
                cLast->next = next;
            }
            if(now->next == nullptr) {
                if(now->child) {
                    last = cLast;
                }else {
                    last = now;
                }
            }
            now = now->next;
        }
        return last;
    }
public:
    Node* flatten(Node* head) {
        if(head == nullptr) {
            return nullptr;
        }
        Node *last = dfs(head);
        last->next = nullptr;
        return head;
    }
};

3、展平多级双向链表

（1）同上一题。

4、二叉搜索树与双向链表

（1）遇到这样的题，首先需要设计好递归函数；

（2）像这个问题，对于左子树和右子树，需要知道双向链表的头结点和尾结点，所以递归的时候需要返回两个值，于是可以直接采用函数传指针进行返回，由于二叉树的结点本身就是指针，所以需要传二级指针；

（3）递归计算左子树变成双向链表的情况；

（4）递归计算右子树变成双向链表的情况；

（5）将左子树的双向链表链接到root左边，将右子树的双向链表链接到root右边，然后根据递归函数的实际作用，返回头结点和尾结点。

class Solution {
    void dfs(Node *root, Node **minNode, Node **maxNode) {
        if(root == nullptr) {
            *minNode = nullptr;
            *maxNode = nullptr;
            return ;
        }
        Node *lminNode, *lmaxNode, *rminNode, *rmaxNode;
        if(root->left) {
            dfs(root->left, &lminNode, &lmaxNode);
            lmaxNode->right = root;
            root->left = lmaxNode;
            *minNode = lminNode;
        }else {
            *minNode = root;
        }

        if(root->right) {
            dfs(root->right, &rminNode, &rmaxNode);
            rminNode->left = root;
            root->right = rminNode;
            *maxNode = rmaxNode;
        }else {
            *maxNode = root;
        }
    }
public:
    Node* treeToDoublyList(Node* root) {
        if(root == nullptr) {
            return nullptr;
        }
        Node *minNode, *maxNode;
        dfs(root, &minNode, &maxNode);
        maxNode->right = minNode;
        minNode->left = maxNode;
        return minNode;
    }
};

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