链表面试题之合并有序的两个线性表-递归和非递归的方法

【问题描述】:

合并两个有序的线性表，例：两个线性表都是非递减有序序列，线性表1:3->5->8->11->over，线性表2:2->8->10->15->over,合并后的线性表也是递增有序的:2->3->5->8->8->10->11->15.

【问题分析】:

拿到这样一道题如何去分析呢？我们知道对于链式存储的线性表而言每个链式表都有它自己的头指针:用来访问它的后续结点；对于合并后的链式表我们可以为它新开辟自己的头指针也可以借用链式表1或者链式表2的头指针；在实现合并链式表的操作中我考虑到了以下两种情况：
@
如果传过来的两个链式表中存在空链表，或者存在两个链表完全相等呢？我们知道线性表都是递增的此时我们只需要返回不为空的那个链表就可以了；
@
传过来的两个链式表不存在空链表呢？此时最先要考虑的就是如何选取合并之后链表的头结点了，我们是不是可以通过比较两个链表中第一个节点的数据域的大小让合并之后的链表指向数据域最小的结点呢？当然可以了，我们知道两个链表都是递增的而通过比较两个链表中第一个元素的大小就是找到了两个链表中最小的结点了；
接下来要考虑的就是如何比较了，只要两个链表都不为空我们就通过比较他们的数据域找到最小的连接在合并之后的链表上；这种情况有没有可能其中一个链表已经比较结束了而另一个链表还存在元素呢？当然！！！此时就需要在程序的结尾判断，如果有则将该链表的后续结点全部连接到合并之后的结点上; 在这里要提醒大家一句就是如果没有为合并后的链表3开辟空间则不需要释放前两个链表，如果像我一样利用原先的线性表只改变指针指向关系则只需要释放合并后的链表就可以了，我刚开始就将前两个链表都释放了，破坏了系统中的内存堆导致程序失误，真的是小问题坑死人呐；
@存在空链表



@两个链表都存在元素



一组实例分析如下，图画的不好希望大家多多理解啦！

【代码实现】:

pLinkNode merge_list(pLinkNode plist1,pLinkNode plist2)
{
pLinkNode plist3=NULL;
pLinkNode cur=NULL;
assert(plist1);
assert(plist2);
if(NULL == plist1->next)     //传进来的有一个是空链表
{
return plist2;
}
else if(NULL == plist2->next)
{
return plist1;
}
if(plist1->next->data <= plist2->next->data)  //使得plist3和开始数据最小的链表公用同一个头指针
{
plist3=plist1;
}
else
{
plist3=plist2;
}
plist1=plist1->next;
plist2=plist2->next;
cur=plist3;
while(plist1 != NULL && plist2 != NULL)   //plist3依然是按照递增的顺序排列
{
if(plist1->data <= plist2->data)
{
cur->next=plist1;
cur=plist1;
plist1=plist1->next;
}
else
{
cur->next=plist2;
cur=plist2;
plist2=plist2->next;
}
}
while(plist1 != NULL)    //链表中比较完成后依然有未比较完的数据,只执行其中的一个while循环
{
cur->next=plist1;
plist1=plist1->next;
}
while(plist2 != NULL)
{
cur->next=plist2;
plist2=plist2->next;
}
return plist3;
}

【程序源代码】:

text.c

#include"mergelist.h"

void text1()
{
pLinkNode ret=NULL;
LinkNode plist1;
LinkNode plist2;
Init_list(&plist1);
Init_list(&plist2);
printf("链表1的元素为:");
Pust_list(&plist1,3);
Pust_list(&plist1,5);
Pust_list(&plist1,8);
Pust_list(&plist1,11);
Print_list(&plist1);
printf("链表2的元素为:");
Pust_list(&plist2,2);
Pust_list(&plist2,8);
Pust_list(&plist2,9);
Pust_list(&plist2,15);
Print_list(&plist2);
printf("合并之后链表的元素为:");
ret=merge_list(&plist1,&plist2);
Print_list(ret);
Free_list(ret);
}

int main()
{
text1();
system("pause");
return 0;
}

mergelist.h

#ifndef __MERGELIST_H__
#define __MERGELIST_H__

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>

typedef int DateType;

typedef struct LinkNode
{
DateType data;
struct LinkNode *next;
}LinkNode,*pLinkNode;

void Init_list(pLinkNode plist);
void Pust_list(pLinkNode plist,DateType x);    //尾插
pLinkNode merge_list(pLinkNode plist1,pLinkNode plist2);  //合并两个有序链表
void Print_list(pLinkNode plist);
void Free_list(pLinkNode plist);

#endif //__MERGELIST_H__

mergelist.c

#include"mergelist.h"

void Init_list(pLinkNode plist)
{
assert(plist);
plist->next=NULL;
}

pLinkNode Create_Node(DateType x)
{
pLinkNode newNode=(pLinkNode)malloc(sizeof(LinkNode));
if(NULL == newNode)
{
printf("out of memory\n");
exit(EXIT_FAILURE);
}
newNode->data=x;
newNode->next=NULL;
return newNode;
}

void Pust_list(pLinkNode plist,DateType x)
{
pLinkNode cur=plist->next;
pLinkNode newNode=NULL;
assert(plist);
newNode=Create_Node(x);
if(NULL == plist->next)  //空链表时
{
plist->next=newNode;
}
else
{
while(cur->next != NULL)
{
cur=cur->next;
}
cur->next=newNode;
}
}

pLinkNode merge_list(pLinkNode plist1,pLinkNode plist2)
{
pLinkNode plist3=NULL;
pLinkNode cur=NULL;
assert(plist1);
assert(plist2);
if(NULL == plist1->next)     //传进来的有一个是空链表
{
return plist2;
}
else if(NULL == plist2->next)
{
return plist1;
}
if(plist1->next->data <= plist2->next->data)  //使得plist3和开始数据最小的链表公用同一个头指针
{
plist3=plist1;
}
else
{
plist3=plist2;
}
plist1=plist1->next;
plist2=plist2->next;
cur=plist3;
while(plist1 != NULL && plist2 != NULL)   //plist3依然是按照递增的顺序排列
{
if(plist1->data <= plist2->data)
{
cur->next=plist1;
cur=plist1;
plist1=plist1->next;
}
else
{
cur->next=plist2;
cur=plist2;
plist2=plist2->next;
}
}
while(plist1 != NULL)    //链表中比较完成后依然有未比较完的数据,只执行其中的一个while循环
{
cur->next=plist1;
plist1=plist1->next;
}
while(plist2 != NULL)
{
cur->next=plist2;
plist2=plist2->next;
}
return plist3;
}

void Print_list(pLinkNode plist)
{
pLinkNode cur=plist->next;
assert(plist);
while(cur != NULL)
{
printf("%d->",cur->data);
cur=cur->next;
}
printf("over\n");
}

void Free_list(pLinkNode plist)
{
pLinkNode cur=plist->next;
pLinkNode tmp=NULL;
if(NULL == plist->next)  //空链表
{
return ;
}
else if(NULL == plist->next->next) //只有一个结点
{
free(plist->next);
plist->next=NULL;
}
else
{
while(cur != NULL)
{
tmp=cur;
cur=cur->next;
free(tmp);
tmp=NULL;
}
}
plist=NULL;
}

程序实现到这里我们知道上述代码实现的只有结点结构体，那仫我们可不可以按照前面的结构体来实现非递归版本的合并链表功能呢？当然可以啦！在实现非递归版本的合并链表时，我们也可以利用之前实现的Push_Back(尾插法)，每次比较得到两个链表中较小的那个值就将尾结点置为该结点，我分析了以下几个步骤：
1).解决特殊情况，即传过来的链表存在相等或空链表的情况；
2).为新的链表选取新的头指针，以及设置尾结点，便于后面实现尾插，这种实现也避免了每次都重新遍历链表的繁杂，降低了链表的复杂度；
3).合并的过程，只要两个链表都没有遍历结束就继续遍历，当找到较小的结点时就将该结点连接到新合并的链表上，并重新设置尾指针使尾指针tail一直指向的是新链表的最后一个结点
4).遍历结束后，将不为空的链表直接连接在新链表后(这种方法比之前的降低了复杂度)；
结构体实现如下：

typedef struct LinkNode
{
DataType data;
struct LinkNode *next;
}LinkNode,*pLinkNode;

typedef struct LinkList
{
LinkNode *phead;
}LinkList,*pLinkList;

非递归代码实现如下：

pLinkNode Merge_LinkList(pLinkList plist1,pLinkList plist2)  //合并两个有序链表(非递归)
{
//利用尾插法
pLinkNode plist3=NULL;
pLinkNode tail=NULL;   //是每次合并后的最后一个结点
pLinkNode p1=plist1->phead;
pLinkNode p2=plist2->phead;
if(p1 == p2)    //如果两个链表相同
{
return p1;
}
if(p1 == NULL)   //两个链表中有一个为空
{
return p2;
}
if(p2 == NULL)
{
return p1;
}
if(p1->data <= p2->data)   //为新的链表选取新的头指针
{
plist3=p1;
tail=p1;
p1=p1->next;
}
else
{
plist3=p2;
tail=p2;
p2=p2->next;
}
while(p1 && p2)
{
//合并的过程，每次寻找两个链表中较小的那个值
if(p1->data <= p2->data)
{
tail->next=p1;
p1=p1->next;
tail=tail->next;
}
else
{
tail->next=p2;
p2=p2->next;
tail=tail->next;
}
}
if(p1 != NULL)   //合并完成后是否有链表没有合并完成
{
tail->next=p1;
}
if(p2 != NULL)
{
tail->next=p2;
}
return plist3;
}

以上两种类型结构体的实现合并有序链表都是非递归的方法，那仫可不可以用递归的方法实现合并有序链表呢？当然可以啦！其实递归的方法和非递归的方法类似，不过要用递归的方式就必须传过来的是指向两个链表第一个结点的指针，因为在比较得到较小的数据后，要递归调用该合并函数就要传过来较小链表的下一个结点的指针和另一个链表的结点指针；递归的版本实现如下：

pLinkNode _Merge_LinkList(pLinkNode plist1,pLinkNode plist2)  //合并两个有序链表(递归)
{
pLinkNode plist3=NULL;
pLinkNode p1=plist1;
pLinkNode p2=plist2;
if(p1 == p2)    //如果两个链表相同
{
return p1;
}
if(p1 == NULL)   //两个链表中有一个为空
{
return p2;
}
if(p2 == NULL)
{
return p1;
}
if(p1->data <= p2->data)
{
plist3=p1;
plist3->next=_Merge_LinkList(p1->next,p2);
}
else
{
plist3=p2;
plist3->next=_Merge_LinkList(p1,p2->next);
}
return plist3;
}

测试代码：

void text8()
{
LinkList plist1;
LinkList plist2;
LinkList ret={0};
//1
Init_LinkList(&plist1);
Push_back(&plist1,3);
Push_back(&plist1,5);
Push_back(&plist1,8);
Push_back(&plist1,11);
printf("链表1的元素为:");
Print_LinkList(&plist1);
//2
Init_LinkList(&plist2);
Push_back(&plist2,2);
Push_back(&plist2,8);
Push_back(&plist2,9);
Push_back(&plist2,11);
Push_back(&plist2,15);
printf("链表2的元素为:");
Print_LinkList(&plist2);
//合并
printf("合并后的链表为:");
//ret.phead=Merge_LinkList(&plist1,&plist2);    //使用递归的方法
ret.phead=_Merge_LinkList(plist1.phead,plist2.phead);   //使用非递归的方法
Print_LinkList(&ret);
Free_LinkList(&ret);
}

代码实现到这里，合并有序链表的递归和非递归都做了分析，如果读者有更高效的方法请告诉我，将不胜感激~