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   -> 数据结构与算法 -> 链表相关面试题 -> 正文阅读

[数据结构与算法]链表相关面试题

判断链表是否为回文结构

给定一个单链表的头节点head,请判断该链表是否为回文结构

思路

1. 额外空间占用为O(n)的,使用额外空间
2. 额外空间占用为O(1)的,不使用额外空间
在这里插入图片描述

代码实现

import java.util.Stack;

public class Code02_IsPalindromeList {
    public static class Node {
        public int value;
        public Node next;

        public Node(int data) {
            this.value = data;
        }
    }

    // need n extra space
    public static boolean isPalindrome1(Node node) {
        Stack<Node> nodes = new Stack<>();
        Node cur = node;
        while (cur != null) {
            nodes.push(cur);
            cur = cur.next;
        }

        cur = node;
        while (cur != null) {
            if (cur.value != nodes.pop().value) {
                return false;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return true;
    }

    // need n/2 extra space
    public static boolean isPalindrome2(Node node) {
        if (node == null || node.next == null) {
            return true;
        }
        Node right = node.next;
        Node cur = node;
        while (cur.next != null && cur.next.next != null) {
            right = right.next;
            cur = cur.next.next;
        }
        Stack<Node> stack = new Stack<Node>();
        while (right != null) {
            stack.push(right);
            right = right.next;
        }
        while (!stack.isEmpty()) {
            if (node.value != stack.pop().value) {
                return false;
            }
            node = node.next;
        }
        return true;
    }

    // need O(1) extra space
    public static boolean isPalindrome3(Node node) {
        if (node == null || node.next == null) {
            return true;
        }

        Node n1 = node;
        Node n2 = node;
        while (n2.next != null && n2.next.next != null) {
            n1 = n1.next;
            n2 = n2.next.next;
        }

        // slow 为中点
        n2 = n1.next;
        n1.next = null;
        Node n3 = null;
        // 中点后指针反转
        while (n2 != null) {
            n3 = n2.next;
            n2.next = n1;
            n1 = n2;
            n2 = n3;
        }
        // 循环结束之后 slow指向最后一个节点,fast指向null

        // 两边向中间验证
        n3 = n1; // 指向最后一个节点
        n2 = node;
        // slow 为最后一个节点, fast为头结点
        while (n1 != null && n2 != null) {
            if (n1.value != n2.value) {
                return false;
            }
            n1 = n1.next;
            n2 = n2.next;
        }

        // 还原原链表
        n1 = n3.next; // 倒数第二个节点
        n3.next = null; // 最后一个节点next指向null
        while (n1 != null) {
            n2 = n1.next;
            n1.next = n3;
            n3 = n1;
            n1 = n2;
        }
        return true;
    }

    public static void printLinkedList(Node node) {
        System.out.print("Linked List: ");
        while (node != null) {
            System.out.print(node.value + " ");
            node = node.next;
        }
        System.out.println();
    }

    public static void main(String[] args) {

        Node head = null;
        printLinkedList(head);
        System.out.print(isPalindrome1(head) + " | ");
        System.out.print(isPalindrome2(head) + " | ");
        System.out.println(isPalindrome3(head) + " | ");
        printLinkedList(head);
        System.out.println("=========================");

        head = new Node(1);
        printLinkedList(head);
        System.out.print(isPalindrome1(head) + " | ");
        System.out.print(isPalindrome2(head) + " | ");
        System.out.println(isPalindrome3(head) + " | ");
        printLinkedList(head);
        System.out.println("=========================");

        head = new Node(1);
        head.next = new Node(2);
        printLinkedList(head);
        System.out.print(isPalindrome1(head) + " | ");
        System.out.print(isPalindrome2(head) + " | ");
        System.out.println(isPalindrome3(head) + " | ");
        printLinkedList(head);
        System.out.println("=========================");

        head = new Node(1);
        head.next = new Node(1);
        printLinkedList(head);
        System.out.print(isPalindrome1(head) + " | ");
        System.out.print(isPalindrome2(head) + " | ");
        System.out.println(isPalindrome3(head) + " | ");
        printLinkedList(head);
        System.out.println("=========================");

        head = new Node(1);
        head.next = new Node(2);
        head.next.next = new Node(3);
        printLinkedList(head);
        System.out.print(isPalindrome1(head) + " | ");
        System.out.print(isPalindrome2(head) + " | ");
        System.out.println(isPalindrome3(head) + " | ");
        printLinkedList(head);
        System.out.println("=========================");

        head = new Node(1);
        head.next = new Node(2);
        head.next.next = new Node(1);
        printLinkedList(head);
        System.out.print(isPalindrome1(head) + " | ");
        System.out.print(isPalindrome2(head) + " | ");
        System.out.println(isPalindrome3(head) + " | ");
        printLinkedList(head);
        System.out.println("=========================");

        head = new Node(1);
        head.next = new Node(2);
        head.next.next = new Node(3);
        head.next.next.next = new Node(1);
        printLinkedList(head);
        System.out.print(isPalindrome1(head) + " | ");
        System.out.print(isPalindrome2(head) + " | ");
        System.out.println(isPalindrome3(head) + " | ");
        printLinkedList(head);
        System.out.println("=========================");

        head = new Node(1);
        head.next = new Node(2);
        head.next.next = new Node(2);
        head.next.next.next = new Node(1);
        printLinkedList(head);
        System.out.print(isPalindrome1(head) + " | ");
        System.out.print(isPalindrome2(head) + " | ");
        System.out.println(isPalindrome3(head) + " | ");
        printLinkedList(head);
        System.out.println("=========================");

        head = new Node(1);
        head.next = new Node(2);
        head.next.next = new Node(3);
        head.next.next.next = new Node(2);
        head.next.next.next.next = new Node(1);
        printLinkedList(head);
        System.out.print(isPalindrome1(head) + " | ");
        System.out.print(isPalindrome2(head) + " | ");
        System.out.println(isPalindrome3(head) + " | ");
        printLinkedList(head);
        System.out.println("=========================");
    }
}

将链表按n划分成左边<n、中间==n、右边>n

给定一个单链表的头节点head,给定一个整数n,将链表按n划分成左边<n、中间==n、右边>n

思路

1. 额外空间占用为O(n)的,使用额外空间
2. 额外空间占用为O(1)的,不使用额外空间
在这里插入图片描述

代码实现

public class Code03_SmallerEqualBigger {
    public static class Node {
        public int value;
        public Node next;

        public Node(int data) {
            this.value = data;
        }
    }


    // need n extra space
    public static void swap(Node[] nodeArr, int a, int b) {
        Node tmp = nodeArr[a];
        nodeArr[a] = nodeArr[b];
        nodeArr[b] = tmp;
    }

    public static Node listPartition1(Node head, int pivot) {
        if (head == null) {
            return null;
        }

        int i = 0;
        Node cur = head;
        while (cur != null) {
            i++;
            cur = cur.next;
        }

        Node[] nodeArr = new Node[i];
        cur = head;
        // 将节点存入到数组中
        for (i = 0; i <nodeArr.length; i++) {
            nodeArr[i] = cur;
            cur = cur.next;
        }
        // 快排
        arrPartition(nodeArr, pivot);
        // 将排好序的数组各个节点连接起来
        for (i = 1; i < nodeArr.length; i++) {
            nodeArr[i - 1].next = nodeArr[i];
        }
        nodeArr[i - 1].next = null;
        return nodeArr[0];
    }

    private static void arrPartition(Node[] nodeArr, int pivot) {
        int small  = -1; // 小于边界
        int big = nodeArr.length; // 大于边界
        int index = 0; // 遍历下标
        while (index != big) {
            if (nodeArr[index].value < pivot) {
                swap(nodeArr, ++small, index++);
            } else if (nodeArr[index].value == pivot) {
                index++;
            } else {
                swap(nodeArr, --big, index);
            }
        }
    }

    // need 1 extra space
    public static Node listPartition2(Node head, int pivot) {
        Node sH = null; // small head
        Node sT = null; // small tail
        Node eH = null; // equal head
        Node eT = null; // equal tail
        Node mH = null; // big head
        Node mT = null; // big tail
        Node next = null; // save next node

        // 按照小区、等区、大区划分
        while (head != null) {
            next = head.next;
            head.next = null;
            if (head.value < pivot) {
                if (sH == null) {
                    sH = head;
                    sT = head;
                } else {
                    sT.next = head;
                    sT = head;
                }
            } else if (head.value == pivot) {
                if (eH == null) {
                    eH = head;
                    eT = head;
                } else {
                    eT.next = head;
                    eT = head;
                }
            } else {
                if (mH == null) {
                    mH = head;
                    mT = head;
                } else {
                    mT.next = head;
                    mT = head;
                }
            }
            head = next;
        }

        // 将三个区域相连
        // 小于区域的尾巴,连等于区域的头,等于区域的尾巴连大于区域的头
        if (sH != null) {
            sT.next = eH;  // 小尾指向等头
            eT = eT == null ? sT : eT; // 看等区是否为空,如果为空则eT就等于sT
        }

        // 下一步,一定是需要用eT 去接 大于区域的头
        // 有等于区域,eT -> 等于区域的尾结点
        // 无等于区域,eT -> 小于区域的尾结点
        // eT 尽量不为空的尾巴节点
        if (eT != null) {
            eT.next = mH;
        }

        return sH != null ? sH : (eH != null ? eH : mH);
    }

    public static void printLinkedList(Node node) {
        System.out.print("Linked List: ");
        while (node != null) {
            System.out.print(node.value + " ");
            node = node.next;
        }
        System.out.println();
    }

    public static void main(String[] args) {
        Node head1 = new Node(7);
        head1.next = new Node(9);
        head1.next.next = new Node(1);
        head1.next.next.next = new Node(8);
        head1.next.next.next.next = new Node(5);
        head1.next.next.next.next.next = new Node(2);
        head1.next.next.next.next.next.next = new Node(5);
        printLinkedList(head1);
        // head1 = listPartition1(head1, 4);
        head1 = listPartition2(head1, 5);
        printLinkedList(head1);

    }
}

复制一个特殊结构的单链表

一种特殊的单链表节点类描述如下

class Node {
	int value;   // 节点值
	Node next; 	 // 节点的下一个节点
	Node rand; 	 // 节点指向的一个随机节点
	Node(int val) { value = val; } 
} 

rand指针是单链表节点结构中新增的指针,rand可能指向链表中的任意一个节点,也可能指向null
给定一个由Node节点类型组成的无环单链表的头节点head,请实现一个函数完成这个链表的复制
返回复制的新链表的头节点,要求时间复杂度O(N),额外空间复杂度O(1)

思路

1. 额外空间占用为O(n)的,使用额外空间
2. 额外空间占用为O(1)的,不使用额外空间
在这里插入图片描述

代码实现

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class Code04_CopyListWithRandom {
    public static class Node {
        public int value;
        public Node next;
        public Node rand;

        public Node(int data) {
            this.value = data;
        }
    }

    // need n extra space
    public static Node copyListWithRand1(Node head) {
        // key 老节点 value 新节点
        Map<Node, Node> map = new HashMap<>();
        Node cur = head;

        while (cur != null) {
            map.put(cur, new Node(cur.value));
            cur = cur.next;
        }

        cur = head;
        // 遍历原链表,按照原链表中的节点next和rand在map中进行查找,复制
        while (cur != null) {
            map.get(cur).next = map.get(cur.next);
            map.get(cur).rand = map.get(cur.rand);
            cur = cur.next;
        }

        return map.get(head);
    }

    // need 1 extra space
    public static Node copyListWithRand2(Node head) {
        if (head == null) {
            return null;
        }

        Node cur = head;
        Node next = null;
        // 创建新节点插入原节点之后
        while (cur != null) {
            next = cur.next;
            cur.next = new Node(cur.value);
            cur.next.next = next;
            cur = next;
        }

        cur = head;
        Node curCopy = null;
        // 先完成rand的连接
        while (cur != null) {
            // cur 老
            // cur.next 新 copy
            next = cur.next.next;
            curCopy = cur.next;
            // 新节点的rand指向新节点,即原节点之后的那个节点
            curCopy.rand = cur.rand != null ? cur.rand.next : null;
            cur = next;
        }

        // 再完成next的连接
        Node res = head.next;  // 赋值出来的新的头结点
        cur = head;
        while (cur != null) {
            next = cur.next.next;
            curCopy = cur.next;
            cur.next = next;    // 还原原链表的next关系
            curCopy.next = next != null ? next.next : null;
            cur = next;
        }

        return res;
    }

    public static void printRandLinkedList(Node head) {
        Node cur = head;
        System.out.print("order: ");
        while (cur != null) {
            System.out.print(cur.value + " ");
            cur = cur.next;
        }
        System.out.println();
        cur = head;
        System.out.print("rand:  ");
        while (cur != null) {
            System.out.print(cur.rand == null ? "- " : cur.rand.value + " ");
            cur = cur.next;
        }
        System.out.println();
    }

    public static void main(String[] args) {
        Node head = null;
        Node res1 = null;
        Node res2 = null;
        printRandLinkedList(head);
        res1 = copyListWithRand1(head);
        printRandLinkedList(res1);
        res2 = copyListWithRand2(head);
        printRandLinkedList(res2);
        printRandLinkedList(head);
        System.out.println("=========================");

        head = new Node(1);
        head.next = new Node(2);
        head.next.next = new Node(3);
        head.next.next.next = new Node(4);
        head.next.next.next.next = new Node(5);
        head.next.next.next.next.next = new Node(6);

        head.rand = head.next.next.next.next.next; // 1 -> 6
        head.next.rand = head.next.next.next.next.next; // 2 -> 6
        head.next.next.rand = head.next.next.next.next; // 3 -> 5
        head.next.next.next.rand = head.next.next; // 4 -> 3
        head.next.next.next.next.rand = null; // 5 -> null
        head.next.next.next.next.next.rand = head.next.next.next; // 6 -> 4

        System.out.println("原始链表:");
        printRandLinkedList(head);
        System.out.println("=========================");
        res1 = copyListWithRand1(head);
        System.out.println("方法一的拷贝链表:");
        printRandLinkedList(res1);
        System.out.println("=========================");
        res2 = copyListWithRand2(head);
        System.out.println("方法二的拷贝链表:");
        printRandLinkedList(res2);
        System.out.println("=========================");
        System.out.println("经历方法二拷贝之后的原始链表:");
        printRandLinkedList(head);
        System.out.println("=========================");

    }
}

链表相交的问题

给定两个可能有环也可能无环的单链表,头节点head1和head2
请实现一个函数,如果两个链表相交,请返回相交的第一个节点。如果不相交返回null
要求如果两个链表长度之和为N,时间复杂度请达到O(N),额外空间复杂度请达到O(1)

思路

首先判断两个链表有无环的情况

  1. 两个链表都无环
    两个链表都无环的情况,对两个链表进行遍历并统计长度,计算两链表长度的差值,让较长的链表先走差值步,然后两个链表同时前进,相遇的那个节点一定是第一个相交节点
  2. 两个链表一个有环一个无环
    两个链表一个有环一个无环,这种情况不可能相交,因为链表的next只有一个,如果一个链表出现了环,而另一个链表无环,next指针一定会指出两个,这种情况是不可能出现的
  3. 两个链表都有环
    这种情况下,会出现三种情况,两个链表各自有环,不想交;两个链表先相交,然后共用同一个环;两个链表直接同时共用同一个环。只有第二三两种情况会相交,第二种情况就是以入环节点为结尾走第一种情况的流程,第三种情况两个链表的入环节点都是相交节点,返回一个即可

在这里插入图片描述
这里需要补充这么求链表的入环节点

代码实现

public class Code01_FindFirstIntersectNode {
    public static class Node {
        public int value;
        public Node next;

        public Node(int data) {
            this.value = data;
        }
    }

    // 获取相交节点
    public static Node getIntersectNode(Node head1, Node head2) {
        if (head1 == null || head2 == null) {
            return null;
        }
        Node loop1 = getLoopNode(head1);
        Node loop2 = getLoopNode(head2);
        // 两链表都无环
        if (loop1 == null && loop2 == null) {
            return noLoop(head1, head2);
        }
        // 两链表都有环
        if (loop1 != null && loop2 != null) {
            return bothLoop(head1, loop1, head2, loop2);
        }
        // 两链表一个有环一个无环直接返回null
        return null;
    }

    // 找到链表第一个入环节点,如果无环,返回null
    public static Node getLoopNode(Node head) {
        if (head == null || head.next == null || head.next.next == null) {
            return null;
        }

        Node slow = head.next;
        Node fast = head.next.next;
        while (slow != fast) {
            if (fast.next == null || fast.next.next == null) {
                return null;
            }
            fast = fast.next.next;
            slow = slow.next;
        }

        fast = head;
        while (slow != fast) {
            slow = slow.next;
            fast = fast.next;
        }
        return slow;
    }


    // 如果两个链表都无环,返回第一个相交节点,如果不想交,返回null
    public static Node noLoop(Node head1, Node head2) {
        if (head1 == null || head2 == null) return null;
        Node cur1 = head1;
        Node cur2 = head2;
        int n = 0;
        // 首先计算两个链表长度的差值
        while (cur1.next != null) {
            n++;
            cur1 = cur1.next;
        }
        while (cur2.next != null) {
            n--;
            cur2 = cur2.next;
        }
        // 此时 n 就是两个链表长度的差值
        // 将较长的链表赋值给cur1,较短的赋值给cur2
        // 长链表先走差值步,然后两链表一起前进,相遇的节点为相交节点
        cur1 = n > 0 ? head1 : head2;
        cur2 = cur1 == head1 ? head2 : head1;

        n = Math.abs(n);
        while (n != 0) {
            n--;
            cur1 = cur1.next;
        }
        while (cur1 != cur2) {
            cur1 = cur1.next;
            cur2 = cur2.next;
        }

        return cur1;
    }

    // 两个有环链表,返回第一个相交节点,如果不想交返回null
    public static Node bothLoop(Node head1, Node loop1, Node head2, Node loop2) {
        Node cur1 = null;
        Node cur2 = null;
        // 共用一个环,用环的起点作为结束,进行无环逻辑即可
        if (loop1 == loop2) {
            cur1 = head1;
            cur2 = head2;
            int n = 0;
            while (cur1 != loop1) {
                n++;
                cur1 = cur1.next;
            }
            while (cur2 != loop2) {
                n--;
                cur2 = cur2.next;
            }
            cur1 = n > 0 ? head1 : head2;
            cur2 = cur1 == head1 ? head2 : head1;
            n = Math.abs(n);
            while (n != 0) {
                n--;
                cur1 = cur1.next;
            }
            while (cur1 != cur2) {
                cur1 = cur1.next;
                cur2 = cur2.next;
            }
            return cur1;
        } else {
            cur1 = loop1.next;
            // 判断是否是公用一个环,但起点不一致
            while (cur1 != loop1) {
                if (cur1 == loop2) {
                    // 如果是,则返回任意一个环起点,就是相交节点
                    return loop1;
                }
                cur1 = cur1.next;
            }
            // 如果都不是,说明就是两个单独的有环链表,返回null
            return null;
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 1->2->3->4->5->6->7->null
        Node head1 = new Node(1);
        head1.next = new Node(2);
        head1.next.next = new Node(3);
        head1.next.next.next = new Node(4);
        head1.next.next.next.next = new Node(5);
        head1.next.next.next.next.next = new Node(6);
        head1.next.next.next.next.next.next = new Node(7);

        // 0->9->8->6->7->null
        Node head2 = new Node(0);
        head2.next = new Node(9);
        head2.next.next = new Node(8);
        head2.next.next.next = head1.next.next.next.next.next; // 8->6
        System.out.println(getIntersectNode(head1, head2).value);

        // 1->2->3->4->5->6->7->4...
        head1 = new Node(1);
        head1.next = new Node(2);
        head1.next.next = new Node(3);
        head1.next.next.next = new Node(4);
        head1.next.next.next.next = new Node(5);
        head1.next.next.next.next.next = new Node(6);
        head1.next.next.next.next.next.next = new Node(7);
        head1.next.next.next.next.next.next = head1.next.next.next; // 7->4

        // 0->9->8->2...
        head2 = new Node(0);
        head2.next = new Node(9);
        head2.next.next = new Node(8);
        head2.next.next.next = head1.next; // 8->2
        System.out.println(getIntersectNode(head1, head2).value);

        // 0->9->8->6->4->5->6..
        head2 = new Node(0);
        head2.next = new Node(9);
        head2.next.next = new Node(8);
        head2.next.next.next = head1.next.next.next.next.next; // 8->6
        System.out.println(getIntersectNode(head1, head2).value);
    }
}
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加:2022-06-01 15:26:10  更:2022-06-01 15:28:16 
 
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