JAVA实现链表面试题讲解
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本文包含链表的以下内容:
1、单链表的创建和遍历
2、求单链表中节点的个数
3、查找单链表中的倒数第k个结点(剑指offer,题15)
4、查找单链表中的中间结点
5、合并两个有序的单链表,合并之后的链表依然有序【出现频率高】(剑指offer,题17)
6、单链表的反转【出现频率最高】(剑指offer,题16)
7、从尾到头打印单链表(剑指offer,题5)
8、判断单链表是否有环
9、取出有环链表中,环的长度
10、单链表中,取出环的起始点(剑指offer,题56)。本题需利用上面的第8题和第9题。
11、判断两个单链表相交的第一个交点(剑指offer,题37)
1、单链表的创建和遍历:
public class LinkList {
public Node head;
public Node current;
//方法:向链表中添加数据
public void add(int data) {
//判断链表为空的时候
if (head == null) {//如果头结点为空,说明这个链表还没有创建,那就把新的结点赋给头结点
head = new Node(data);
current = head;
} else {
//创建新的结点,放在当前节点的后面(把新的结点合链表进行关联)
current.next = new Node(data);
//把链表的当前索引向后移动一位
current = current.next; //此步操作完成之后,current结点指向新添加的那个结点
}
}
//方法:遍历链表(打印输出链表。方法的参数表示从节点node开始进行遍历
public void print(Node node) {
if (node == null) {
return;
}
current = node;
while (current != null) {
System.out.println(current.data);
current = current.next;
}
}
class Node {
//注:此处的两个成员变量权限不能为private,因为private的权限是仅对本类访问。
int data; //数据域
Node next;//指针域
public Node(int data) {
this.data = data;
}
}
public static void main(String[] args) {
LinkList list = new LinkList();
//向LinkList中添加数据
for (int i = 0; i < 10; i++) {
list.add(i);
}
list.print(list.head);// 从head节点开始遍历输出
}
}
上方代码中,这里面的Node节点采用的是内部类来表示(33行)。使用内部类的最大好处是可以和外部类进行私有操作的互相访问。
注:内部类访问的特点是:内部类可以直接访问外部类的成员,包括私有;外部类要访问内部类的成员,必须先创建对象。
为了方便添加和遍历的操作,在LinkList类中添加一个成员变量current,用来表示当前节点的索引(03行)。
这里面的遍历链表的方法(20行)中,参数node表示从node节点开始遍历,不一定要从head节点遍历。
2、求单链表中节点的个数:
注意检查链表是否为空。时间复杂度为O(n)。这个比较简单。
核心代码:
//方法:获取单链表的长度
public int getLength(Node head) {
if (head == null) {
return 0;
}
int length = 0;
Node current = head;
while (current != null) {
length++;
current = current.next;
}
return length;
}
3、查找单链表中的倒数第k个结点:
3.1 普通思路:
先将整个链表从头到尾遍历一次,计算出链表的长度size,得到链表的长度之后,就好办了,直接输出第(size-k)个节点就可以了(注意链表为空,k为0,k为1,k大于链表中节点个数时的情况
)。时间复杂度为O(n),大概思路如下:
public int findLastNode(int index) { //index代表的是倒数第index的那个结点
//第一次遍历,得到链表的长度size
if (head == null) {
return -1;
}
current = head;
while (current != null) {
size++;
current = current.next;
}
//第二次遍历,输出倒数第index个结点的数据
current = head;
for (int i = 0; i < size - index; i++) {
current = current.next;
}
return current.data;
}
如果面试官不允许你遍历链表的长度,该怎么做呢?接下来就是。
3.2 改进思路:(这种思路在其他题目中也有应用)
这里需要声明两个指针:即两个结点型的变量first和second,首先让first和second都指向第一个结点,然后让second结点往后挪k-1个位置,此时first和second就间隔了k-1个位置,然后整体向后移动这两个节点,直到second节点走到最后一个结点的时候,此时first节点所指向的位置就是倒数第k个节点的位置。时间复杂度为O(n)
代码实现:(初版)
public Node findLastNode(Node head, int index) {
if (node == null) {
return null;
}
Node first = head;
Node second = head;
//让second结点往后挪index个位置
for (int i = 0; i < index; i++) {
second = second.next;
}
//让first和second结点整体向后移动,直到second结点为Null
while (second != null) {
first = first.next;
second = second.next;
}
//当second结点为空的时候,此时first指向的结点就是我们要找的结点
return first;
}
代码实现:(最终版)(考虑k大于链表中结点个数时的情况时,抛出异常)
上面的代码中,看似已经实现了功能,其实还不够健壮:
要注意k等于0的情况;
如果k大于链表中节点个数时,就会报空指针异常,所以这里需要做一下判断。
核心代码如下:
public Node findLastNode(Node head, int k) {
if (k == 0 || head == null) {
return null;
}
Node first = head;
Node second = head;
//让second结点往后挪k-1个位置
for (int i = 0; i < k - 1; i++) {
System.out.println("i的值是" + i);
second = second.next;
if (second == null) { //说明k的值已经大于链表的长度了
//throw new NullPointerException("链表的长度小于" + k); //我们自己抛出异常,给用户以提示
return null;
}
}
//让first和second结点整体向后移动,直到second走到最后一个结点
while (second.next != null) {
first = first.next;
second = second.next;
}
//当second结点走到最后一个节点的时候,此时first指向的结点就是我们要找的结点
return first;
}
4、查找单链表中的中间结点:
同样,面试官不允许你算出链表的长度,该怎么做呢?
思路:
和上面的第2节一样,也是设置两个指针first和second,只不过这里是,两个指针同时向前走,second指针每次走两步,first指针每次走一步,直到second指针走到最后一个结点时,此时first指针所指的结点就是中间结点。注意链表为空,链表结点个数为1和2的情况。时间复杂度为O(n)。
代码实现:
//方法:查找链表的中间结点
public Node findMidNode(Node head) {
if (head == null) {
return null;
}
Node first = head;
Node second = head;
//每次移动时,让second结点移动两位,first结点移动一位
while (second != null && second.next != null) {
first = first.next;
second = second.next.next;
}
//直到second结点移动到null时,此时first指针指向的位置就是中间结点的位置
return first;
}
上方代码中,当n为偶数时,得到的中间结点是第n/2 + 1个结点。比如链表有6个节点时,得到的是第4个节点。
5、合并两个有序的单链表,合并之后的链表依然有序:
这道题经常被各公司考察。
例如:
链表1:
1->2->3->4
链表2:
2->3->4->5
合并后:
1->2->2->3->3->4->4->5
解题思路:
挨着比较链表1和链表2。
这个类似于归并排序。尤其要注意两个链表都为空、和其中一个为空的情况。只需要O (1) 的空间。时间复杂度为O (max(len1,len2))
代码实现:
//两个参数代表的是两个链表的头结点
public Node mergeLinkList(Node head1, Node head2) {
if (head1 == null && head2 == null) { //如果两个链表都为空
return null;
}
if (head1 == null) {
return head2;
}
if (head2 == null) {
return head1;
}
Node head; //新链表的头结点
Node current; //current结点指向新链表
// 一开始,我们让current结点指向head1和head2中较小的数据,得到head结点
if (head1.data < head2.data) {
head = head1;
current = head1;
head1 = head1.next;
} else {
head = head2;
current = head2;
head2 = head2.next;
}
while (head1 != null && head2 != null) {
if (head1.data < head2.data) {
current.next = head1; //新链表中,current指针的下一个结点对应较小的那个数据
current = current.next; //current指针下移
head1 = head1.next;
} else {
current.next = head2;
current = current.next;
head2 = head2.next;
}
}
//合并剩余的元素
if (head1 != null) { //说明链表2遍历完了,是空的
current.next = head1;
}
if (head2 != null) { //说明链表1遍历完了,是空的
current.next = head2;
}
return head;
}
代码测试:
public static void main(String[] args) {
LinkList list1 = new LinkList();
LinkList list2 = new LinkList();
//向LinkList中添加数据
for (int i = 0; i < 4; i++) {
list1.add(i);
}
for (int i = 3; i < 8; i++) {
list2.add(i);
}
LinkList list3 = new LinkList();
list3.head = list3.mergeLinkList(list1.head, list2.head); //将list1和list2合并,存放到list3中
list3.print(list3.head);// 从head节点开始遍历输出
}
上方代码中用到的add方法和print方法和第1小节中是一致的。
运行效果:
注:《剑指offer》中是用递归解决的,感觉有点难理解。
6、单链表的反转:【出现频率最高】
例如链表:
1->2->3->4
反转之后:
4->2->2->1
思路:
从头到尾遍历原链表,每遍历一个结点,将其摘下放在新链表的最前端。注意链表为空和只有一个结点的情况。时间复杂度为O(n)
方法1:(遍历)
//方法:链表的反转
public Node reverseList(Node head) {
//如果链表为空或者只有一个节点,无需反转,直接返回原链表的头结点
if (head == null || head.next == null) {
return head;
}
Node current = head;
Node next = null; //定义当前结点的下一个结点
Node reverseHead = null; //反转后新链表的表头
while (current != null) {
next = current.next; //暂时保存住当前结点的下一个结点,因为下一次要用
current.next = reverseHead; //将current的下一个结点指向新链表的头结点
reverseHead = current;
current = next; // 操作结束后,current节点后移
}
return reverseHead;
}
上方代码中,核心代码是第16、17行。
方法2:(递归)
这个方法有点难,先不讲了。
7、从尾到头打印单链表:
对于这种颠倒顺序的`问题,我们应该就会想到栈,后进先出。所以,这一题要么自己使用栈,要么让系统使用栈,也就是递归。注意链表为空的情况。时间复杂度为O(n)
注:不要想着先将单链表反转,然后遍历输出,这样会破坏链表的结构,不建议。
方法1:(自己新建一个栈)
//方法:从尾到头打印单链表
public void reversePrint(Node head) {
if (head == null) {
return;
}
Stack<Node> stack = new Stack<Node>(); //新建一个栈
Node current = head;
//将链表的所有结点压栈
while (current != null) {-
stack.push(current); //将当前结点压栈
current = current.next;
}
//将栈中的结点打印输出即可
while (stack.size() > 0) {
System.out.println(stack.pop().data); //出栈操作
}
}
方法2:(使用系统的栈:递归,代码优雅简洁)
public void reversePrint(Node head) {
if (head == null) {
return;
}
reversePrint(head.next);
System.out.println(head.data);
}
总结:方法2是基于递归实现的,戴安看起来简洁优雅,但有个问题:当链表很长的时候,就会导致方法调用的层级很深,有可能造成栈溢出。而方法1的显式用栈,是基于循环实现的,代码的鲁棒性要更好一些。
8、判断单链表是否有环:
这里也是用到两个指针,如果一个链表有环,那么用一个指针去遍历,是永远走不到头的。
因此,我们用两个指针去遍历:first指针每次走一步,second指针每次走两步,如果first指针和second指针相遇,说明有环。时间复杂度为O (n)。
方法:
//方法:判断单链表是否有环
public boolean hasCycle(Node head) {
if (head == null) {
return false;
}
Node first = head;
Node second = head;
while (second != null) {
first = first.next; //first指针走一步
second = second.next.next; second指针走两步
if (first == second) { //一旦两个指针相遇,说明链表是有环的
return true;
}
}
return false;
}
完整版代码:(包含测试部分)
这里,我们还需要加一个重载的add(Node node)方法,在创建单向循环链表时要用到。
LinkList.java:
public class LinkList {
public Node head;
public Node current;
//方法:向链表中添加数据
public void add(int data) {
//判断链表为空的时候
if (head == null) {//如果头结点为空,说明这个链表还没有创建,那就把新的结点赋给头结点
head = new Node(data);
current = head;
} else {
//创建新的结点,放在当前节点的后面(把新的结点合链表进行关联)
current.next = new Node(data);
//把链表的当前索引向后移动一位
current = current.next;
}
}
//方法重载:向链表中添加结点
public void add(Node node) {
if (node == null) {
return;
}
if (head == null) {
head = node;
current = head;
} else {
current.next = node;
current = current.next;
}
}
//方法:遍历链表(打印输出链表。方法的参数表示从节点node开始进行遍历
public void print(Node node) {
if (node == null) {
return;
}
current = node;
while (current != null) {
System.out.println(current.data);
current = current.next;
}
}
//方法:检测单链表是否有环
public boolean hasCycle(Node head) {
if (head == null) {
return false;
}
Node first = head;
Node second = head;
while (second != null) {
first = first.next; //first指针走一步
second = second.next.next; //second指针走两步
if (first == second) { //一旦两个指针相遇,说明链表是有环的
return true;
}
}
return false;
}
class Node {
//注:此处的两个成员变量权限不能为private,因为private的权限是仅对本类访问。
int data; //数据域
Node next;//指针域
public Node(int data) {
this.data = data;
}
}
public static void main(String[] args) {
LinkList list = new LinkList();
//向LinkList中添加数据
for (int i = 0; i < 4; i++) {
list.add(i);
}
list.add(list.head); //将头结点添加到链表当中,于是,单链表就有环了。备注:此时得到的这个环的结构,是下面的第8小节中图1的那种结构。
System.out.println(list.hasCycle(list.head));
}
}
检测单链表是否有环的代码是第50行。
88行:我们将头结点继续往链表中添加,此时单链表就环了。最终运行效果为true。
如果删掉了88行代码,此时单链表没有环,运行效果为false。