java数据结构之链表

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在面试过程中，数据结构和算法基本上算是研发类岗位必考的部分，而链表基本上又是数据结构中相对容易掌握、而且容易出题的部分，因此我们先整理一下链表部分的经典题目。

（声明：以下所有程序都是用java编写）

首先，我们来定义一个链表的数据结构，如下：

public class Link {
private int value;
private Link next;
public void set_Value(int m_Value) {
this.value = m_Value;
}
public int get_Value() {
return value;
}
public void set_Next(Link m_Next) {
this.next = m_Next;
}
public Link get_Next() {
return next;
}
}

有了这个数据结构后，我们需要一个方法来生成和输出链表，其中链表中每个元素的值采用的是随机数。

生成链表的代码如下：

public static Link init(int count, int maxValue)
{
Link list = new Link();
Link temp = list;
Random r = new Random();
temp.set_Value(Integer.MIN_VALUE);
for (int i = 0; i < count; i++)
{
Link node = new Link();
node.set_Value(r.nextInt(maxValue));
temp.set_Next(node);
temp=node;
}
temp.set_Next(null);
return list;
}

public static Link init(int count)
{
return init(count, Integer.MAX_VALUE);
}

对于链表的头结点，我们是不存储任何信息的，因此将其值设置为Integer.MIN_VALUE。我们重载了生成链表的方法。

下面是打印链表信息的方法：

public static void printList(Link list)
{
if (list == null || list.get_Next() == null)
{
System.out.println("The list is null or empty.");
return;
}
Link temp = list.get_Next();
StringBuffer sb = new StringBuffer();
while(temp != null)
{
sb.append(temp.get_Value() + "->");
temp=temp.get_Next();
}
System.out.println(sb.substring(0, sb.length() - 2));
}

好了，有了以上这些基础的方法， 我们就可以深入探讨链表相关的面试题了。

链表反转

思路：有两种方法可以实现链表反转，第一种是直接循环每个元素，修改它的Next属性；另一种是采取递归的方式。

首先来看直接循环的方式：

public static Link Reverve(Link list)
{
if (list == null || list.get_Next() == null || list.get_Next().get_Next() == null)
{
System.out.println("list is null or just contains 1 element, so do not need to reverve.");
return list;
}
Link current = list.get_Next();
Link next = current.get_Next();
current.set_Next(null);
while(next != null)
{
Link temp = next.get_Next();
next.set_Next(current);
current = next;
next = temp;
}
list.set_Next(current);

return list;
}

然后是递归方式：

public static Link RecursiveReverse(Link list)
{
if (list == null || list.get_Next() == null || list.get_Next().get_Next() == null)
{
System.out.println("list is null or just contains 1 element, so do not need to reverve.");
return list;
}

list.set_Next(Recursive(list.get_Next()));

return list;
}

private static Link Recursive(Link list)
{
if (list.get_Next() == null)
{
return list;
}
Link temp = Recursive(list.get_Next());
list.get_Next().set_Next(list);
list.set_Next(null);

return temp;

输出指定位置的元素（倒数第N个元素）

思路：采用两个游标来遍历链表，第1个游标先走N步，然后两个游标同时前进，当第一个游标到最后时，第二个游标就是想要的元素。

public static Link find(Link list, int rPos)
{
if (list == null || list.get_Next() == null)
{
return null;
}
int i = 1;
Link first = list.get_Next();
Link second = list.get_Next();
while(true)
{
if (i==rPos || first == null) break;
first = first.get_Next();
i++;
}
if (first == null)
{
System.out.println("The length of list is less than " + rPos + ".");
return null;
}
while(first.get_Next() != null)
{
first = first.get_Next();
second = second.get_Next();
}

return second;
}

删除指定节点

思路：可以分情况讨论，如果指定节点不是尾节点，那么可以采用取巧的方式，将指定节点的值修改为下一个节点的值，将指定节点的Next属性设置为Next.Next；但如果指定节点为尾节点，那么只能是从头开始遍历。

public static void delete(Link list, Link element)
{
if (element.get_Next() != null)
{
element.set_Value(element.get_Next().get_Value());
element.set_Next(element.get_Next().get_Next());
}
else
{
Link current = list.get_Next();
while(current.get_Next() != element)
{
current = current.get_Next();
}
current.set_Next(null);
}
}

删除重复节点

思路：采用hashtable来存取链表中的元素，遍历链表，当指定节点的元素在hashtable中已经存在，那么删除该节点。

public static void removeDuplicate(Link list)
{
if (list == null || list.get_Next() == null || list.get_Next().get_Next() == null) return;
Hashtable table = new Hashtable();
Link cur = list.get_Next();
Link next = cur.get_Next();
table.put(cur.get_Value(), 1);
while(next != null)
{
if (table.containsKey(next.get_Value()))
{
cur.set_Next(next.get_Next());
next = next.get_Next();
}
else
{
table.put(next.get_Value(), 1);
cur= next;
next = next.get_Next();
}

}
}

寻找链表中间节点

思路：采用两个游标的方式，第一个游标每次前进两步，第二个游标每次前进一步，当第一个游标到最后时，第二个游标就是中间位置。需要注意的是，如果链表元素的个数是偶数，那么中间元素应该是两个。

public static void findMiddleElement(Link list)
{
if (list == null || list.get_Next() == null) return;
System.out.println("The Middle element is:");
if (list.get_Next().get_Next() == null)
{
System.out.println(list.get_Next().get_Value());
}
Link fast = list.get_Next();
Link slow = list.get_Next();
while(fast.get_Next() != null && fast.get_Next().get_Next() != null)
{
fast = fast.get_Next().get_Next();
slow = slow.get_Next();
}

if (fast != null && fast.get_Next() == null)
{
System.out.println(slow.get_Value());
}
else
{
System.out.println(slow.get_Value());
System.out.println(slow.get_Next().get_Value());
}
}

链表元素排序

思路：链表元素排序，有两种方式，一种是链表元素本身的排序，一种是链表元素值得排序。第二种方式更简单、灵活一些。

public static void Sort(Link list)
{
if (list == null || list.get_Next() == null || list.get_Next().get_Next() == null)
{
return;
}
Link current = list.get_Next();
Link next = current.get_Next();
while(current.get_Next() != null)
{
while(next != null)
{
if (current.get_Value() > next.get_Value())
{
int temp = current.get_Value();
current.set_Value(next.get_Value());
next.set_Value(temp);
}
next = next.get_Next();
}
current = current.get_Next();
next = current.get_Next();
}
}

判断链表是否有环，如果有，找出环上的第一个节点

思路：可以采用两个游标的方式判断链表是否有环，一个游标跑得快，一个游标跑得慢。当跑得快的游标追上跑得慢的游标时，说明有环；当跑得快的游标跑到尾节点时，说明无环。

至于如何找出换上第一个节点，可以分两步，首先确定环上的某个节点，计算头结点到该节点的距离以及该节点在环上循环一次的距离，然后建立两个游标，分别指向头结点和环上的节点，并将距离平摊（哪个距离大，先移动哪个游标，直至两个距离相等），最后同时移动两个游标，碰到的第一个相同元素，就是环中的第一个节点。

public static Link getLoopStartNode(Link list)
{
if (list == null || list.get_Next() == null || list.get_Next().get_Next() == null)
{
return null;
}
int m = 1, n = 1;
Link fast = list.get_Next();
Link slow = list.get_Next();
while(fast != null && fast.get_Next() != null)
{
fast = fast.get_Next().get_Next();
slow = slow.get_Next();
if (fast == slow) break;
m++;
}
if (fast != slow)
{
return null;
}
Link temp = fast;
while(temp.get_Next() != fast)
{
temp = temp.get_Next();
n++;
}
Link node1 = list.get_Next();
Link node2 = fast;
if (m < n)
{
for (int i = 0; i < n - m; i++)
{
node2 = node2.get_Next();
}
}
if (m > n)
{
for (int i = 0; i < m - n; i++)
{
node1 = node1.get_Next();
}
}
while(true)
{
if (node1 == node2)
{
break;
}
node1 = node1.get_Next();
node2 = node2.get_Next();
}

return node1;

}

判断两个链表是否相交

思路：判断两个链表的尾节点是否相同，如果相同，一定相交

public static boolean isJoint(Link list1, Link list2)
{
if (list1 == null || list2 == null || list1.get_Next() == null || list2.get_Next() == null)
{
return false;
}
Link node1 = list1;
Link node2 = list2;
while(node1.get_Next() != null)
{
node1 = node1.get_Next();
}
while(node2.get_Next() != null)
{
node2 = node2.get_Next();
}

return node1 == node2;
}

合并两个有序链表

思路：新建一个链表，然后同时遍历两个有序链表，比较其大小，将元素较小的链表向前移动，直至某一个链表元素为空。然后将非空链表上的所有元素追加到新建链表中。

public static Link merge(Link list1, Link list2)
{
Link list = new Link();
list.set_Value(Integer.MIN_VALUE);
Link current1 = list1.get_Next();
Link current2 = list2.get_Next();
Link current = list;
while(current1 != null && current2 != null)
{
Link temp = new Link();
if (current1.get_Value() > current2.get_Value())
{
temp.set_Value(current2.get_Value());
current2 = current2.get_Next();
}
else
{
temp.set_Value(current1.get_Value());
current1 = current1.get_Next();
}
current.set_Next(temp);
current = temp;
}
if (current1 != null)
{
while(current1 != null)
{
Link temp = new Link();
temp.set_Value(current1.get_Value());
current.set_Next(temp);
current = temp;
current1 = current1.get_Next();
}
}

if (current2 != null)
{
while(current2 != null)
{
Link temp = new Link();
temp.set_Value(current2.get_Value());
current.set_Next(temp);
current = temp;
current2 = current2.get_Next();
}
}

current.set_Next(null);

return list;
}

交换链表中任意两个元素（非头结点）

思路：首先需要保存两个元素的pre节点和next节点，然后分别对pre节点和next节点的Next属性重新赋值。需要注意的是，当两个元素师相邻元素时，需要特殊处理，否则会将链表陷入死循环。

public static void swap(Link list, Link element1, Link element2)
{
if (list == null || list.get_Next() == null || list.get_Next().get_Next() == null ||
element1 == null || element2 == null || element1 == element2)
return;

Link pre1 = null, pre2 = null, next1 = null, next2 = null;
Link cur1=element1, cur2=element2;
Link temp = list.get_Next();
boolean bFound1 = false;
boolean bFound2 = false;
while(temp != null)
{
if(temp.get_Next() == cur1)
{
pre1=temp;
next1 = temp.get_Next().get_Next();
bFound1 = true;
}
if (temp.get_Next() == cur2)
{
pre2 = temp;
next2 = temp.get_Next().get_Next();
bFound2=true;
}
if (bFound1 && bFound2) break;
temp = temp.get_Next();
}

if (cur1.get_Next() == cur2)
{
temp = cur2.get_Next();
pre1.set_Next(cur2);
cur2.set_Next(cur1);
cur1.set_Next(temp);
}
else if (cur2.get_Next() == cur1)
{
temp = cur1.get_Next();
pre2.set_Next(cur1);
cur1.set_Next(cur2);
cur2.set_Next(temp);
}
else
{
pre1.set_Next(cur2);
cur1.set_Next(next2);
pre2.set_Next(cur1);
cur2.set_Next(next1);
}
}

这里，还有另外一种取巧的方法，就是直接交换两个元素的值，而不需要修改引用。

public static void swapValue(Link list, Link element1, Link element2)
{
if (element1 == null || element2 == null)
{
return;
}
int temp = element1.get_Value();
element1.set_Value(element2.get_Value());
element2.set_Value(temp);
}

不过，这种方式，应该不是面试官所希望看到的。