JAVA实现链表面试题讲解

时间:2017-05-20 编辑:肖兰 手机版

  本文是YJBYS小编搜索整理的关于JAVA实现链表面试题讲解,特别适合参加Java面试的朋友阅读,希望对大家有所帮助!想了解更多相关信息请持续关注我们应届毕业生考试网!

  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。

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