有哪些鏈表的小技巧

本篇內容介紹了“有哪些鏈表的小技巧”的有關知識，在實際案例的操作過程中，不少人都會遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領大家學習一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細閱讀，能夠學有所成！

鏈表

鏈表是數據結構里一個很基礎但是又很愛考的線性結構，鏈表的操作相對來說比較簡單，但是非常適合考察面試者寫代碼的能力，以及對 corner case 的處理，還有指針的應用很容易引起 NPE (null pointer exception)。綜合以上原因，鏈表在面試中很重要。

提到鏈表就不得不提數組，它和數組可以說是數據結構的基礎，那么它們最主要的區別在于：

•  數組在物理內存上必須是連續的

•  鏈表在物理內存上不需要連續，通過指針連接

所以數組最好的性質就是可以隨機訪問 random access，有了 index，可以 O(1) 的時間訪問到元素。

而鏈表因為不連續，所以無法 O(1) 的時間定位任意一個元素的位置，那么就只能從頭開始遍歷。

這就造成了它們之間增刪改查上效率的不同。

除此之外，鏈表本身的結構與數組也是完全不同的。

LinkedList 是由 ListNode 來實現的：

class ListNode {    int value;    ListNode next;  }

結構上長這樣：

這是單向鏈表，那還有的鏈表是雙向鏈表，也就是還有一個 previous pointer 指向當前 node 的前一個 node：

class ListNode {    int value;    ListNode next;    ListNode prev;  }

其實鏈表相關的題目沒有很難的，套路也就這么幾個，其中最常考最基礎的題目是反轉鏈表，聽說微軟可以用這道題電面刷掉一半的 candidate，兩種方法一遍 bug free 還是不容易的。文章之前已經寫過了，點擊這里直達復習。

今天我們來說鏈表中最主要的 2 個技巧：雙指針法和 dummy node，相信看完本文后，鏈表相關的絕大多數題目你都能搞定啦。

雙指針法

雙指針法在很多數據結構和題型中都有應用，在鏈表中用的最多的還是快慢指針。

顧名思義，兩個指針一個走得快，一個走得慢，這樣的好處就是以不同的速度遍歷鏈表，方便找到目標位置。

常見的問題比如找一個鏈表的中點，或者判斷一個鏈表是否有環。

例 1：找中點

這題就是給一個鏈表，然后找到它的中點，如果是奇數個很好辦，如果是偶數個，題目要求返回第二個。

比如：

1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> NULL，需要返回 3 這個 ListNode；

1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6 -> NULL，需要返回 4 這個 ListNode。

但其實吐槽一下，如果真的要設計一個這樣的 API，我更傾向于選擇返回偶數個中的第一個中點。

為什么呢？

算法題都是工業生產中一些問題的抽象。比如說我們找中點的目的是為了把這個鏈表斷開，那么返回了 3，我可以斷開 3 和 4；但是返回了 4，單向鏈表我怎么斷開 4 之前的地方呢？還得再來一遍，麻煩。

Solution

方法一、

這題最直觀的解法就是可以先求這個鏈表的長度，然后再走這個長度的一半，得到中點。

class Solution {      public ListNode middleNode(ListNode head) {          if(head == null) {            return null;          }          int len = 0;          ListNode current = head;          while(current != null) {              len++;              currentcurrent = current.next;          }          len /= 2;          ListNode result = head;          while(len > 0) {              resultresult = result.next;              len--;          }          return result;      }  }

方法二、快慢指針

我們用兩個指針一起來遍歷這個鏈表，每次快指針走 2 步，慢指針走 1 步，這樣當快指針走到頭的時候，慢指針應該剛好在鏈表的中點。

class Solution {      public ListNode middleNode(ListNode head) {          ListNode slow = head;          ListNode fast = head;          while(fast != null && fast.next != null) {              slowslow = slow.next;              fastfast = fast.next.next;          }          return slow;      }  }

這兩個方法孰優孰劣呢？

網上很多說什么方法一過了兩遍鏈表，方法二只過了一遍。

但其實，但是方法二用了兩個指針來遍歷，所以兩個方法過的遍數都是一樣的。

它們最大的區別是：

方法一是 offline algorithm，方法二是 online algorithm。

公司里的數據量是源源不斷的，比如電商系統里總有客戶在下單，社交軟件里的好友增長是一直在漲的，這些是數據流 data stream，我們是無法計算數據流的長度的。

那么 online algorithm 能夠給時刻給出當前的結果，不用說等數據全部錄入完成后，實際上也錄不完。。這是 online algorithm 比 offline algorithm 大大的優勢所在。

更多的解釋大家可以參考 stack overflow 的這個問題，鏈接在文末。

例 2：判斷單鏈表是否有環

思路：快慢指針一起從 head 出發，每次快指針走 2 步，慢指針只走 1 步，如果存在環，那么兩個指針一定會相遇。

這題是典型的龜兔賽跑，或者說在操場跑圈時，跑的快的同學總會套圈跑的慢的。

public class Solution {      public boolean hasCycle(ListNode head) {          ListNode slow = head;          ListNode fast = head;          while(fast != null && fast.next != null) {              slowslow = slow.next;              fastfast = fast.next.next;              if(slow == fast) {                  return true;              }          }          return false;      }  }

這題有個升級版，就是要求返回環的起點。

例 3：返回有環鏈表的環的起點

這題我感覺不全是個算法題了，還是個數學題哈哈。

先擺出結論：

1. 鴻蒙官方戰略合作共建——HarmonyOS技術社區

2.  快慢指針從鏈表頭開始走，相遇的那點，記為 M；

3.  再用 2 個指針，一個從頭開始走，一個從 M 開始走，相遇點即為 cycle 的起點。

我們先看抽象出來的圖：

假設快慢指針在 M 點第一次相遇，

這里我們設 3 個變量來表示這個鏈表里的幾個重要長度：

•  X：從鏈表頭到環的起點的長度；

•  Y：從環的起點到 M 點的長度；

•  Z：從 M 點到環的起點的長度。

注意：因為環是有方向的，所以 Y 并不是 Z。

那其實我們唯一知道的關系就是：快慢指針在 M 點第一次相遇。這也是我們最初假設的關系。

而快慢指針有一個永遠不變的真理：快指針走的長度永遠是慢指針走的長度的 2 倍。

相遇時快慢指針分別走了多少的長度呢？

•  快指針：X+ Y + 假設走了 k 圈

•  慢指針：X + Y

那么我們就可以用這個 2 倍的關系，列出下列等式：

2 * (X + Y) = X + Y + kL

所以 X + Y = kL

而我們注意到：Y + Z = L，那么就能得出 X = Z。

所以當兩個指針，一個從頭開始走，一個從 M 點開始走時，相遇那點就是環的起點，證畢。

來看下代碼吧：

public class Solution {    public ListNode detectCycle(ListNode head) {      ListNode slow = head;      ListNode fast = head;      while (fast != null && fast.next != null) {        slowslow = slow.next;        fastfast = fast.next.next;        if (slow == fast) {          ListNode x = head;         ListNode y = slow;          while(x != y) {            xx = x.next;            yy = y.next;          }          return x;        }      }      return null;    }  }

這題還有個應用，就是找一個特定數組里重復的數字，這里就不展開了，大家感興趣的去做一下吧～

接下來我們聊聊 dummy node 這個技巧。

Dummy node

Dummy 的中文是“假”的意思，dummy node 大概可以翻譯成虛擬節點？有更地道的說法的話還請大家在評論區告訴我呀～

一般來說，dummy node 的用法是在鏈表的真實 head 的前面加一個指向這個 head 的節點，目的是為了方便操作 head。

對于鏈表來說，head 是一個鏈表的靈魂，因為無論是查詢還是其他的操作都需要從頭開始，俗話說擒賊先擒王嘛，抓住了一個鏈表的頭，就抓住了整個鏈表。

所以當需要對現有鏈表的頭進行改動時，或者不確定頭部節點是哪個，我們可以預先加一個 dummyHead，這樣就可以靈活處理鏈表中的剩余部分，最后返回時去掉這個“假頭”就好了。

很多時候 dummy node 不是必須，但是用了會很方便，減少 corner case 的討論，所以還是非常推薦使用的。

光說不練假把式，我們直接來看題～

例 4：合并兩個排好序的鏈表

這題有很多種解法，比如最直觀的就是用兩個指針，然后比較大小，把小的接到最終的結果上去。

但是有點麻煩的是，最后的結果不知道到底誰是頭啊，是哪個鏈表的頭作為了最終結果的頭呢？

這種情況就非常適合用 dummy node。

先用一個虛擬的頭在這撐著，把整個鏈表構造好之后，再把這個假的剔除。

來看代碼～

class Solution {    public ListNode mergeTwoLists(ListNode l1, ListNode l2) {      if (l1 == null) {        return l2;      }      if (l2 == null) {        return l1;      }      ListNode dummy = new ListNode(0);      ListNode ptr = dummy;      while (l1 != null && l2 != null) {        if (l1.val < l2.val) {          ptr.next = l1;          l1l1 = l1.next;        } else {          ptr.next = l2;          l2l2 = l2.next;        }        ptrptr = ptr.next;      }      if (l1 == null) {        ptr.next = l2;     } else {        ptr.next = l1;      }      return dummy.next;    }  }

這題也有升級版，就是合并 k 個排好序的鏈表。本質上也是一樣的，只不過需要重寫一下比較器就好了。

例 5：刪除節點

這道題的意思是刪除鏈表中某個特定值的節點，可能有一個可能有多個，可能在頭可能在尾。

如果要刪除的節點在頭的時候，新鏈表的頭就不確定了，也有可能是個空的。。此時就很適合用 dummy node 來做，規避掉這些 corner case 的討論。

那這題的思路就是：用 2 個指針

•  prev：指向當前新鏈表的尾巴

•  curr：指向當前正在遍歷的 ListNode

如果 curr == 目標值，那就直接移到下一個；

如果 curr != 目標值，那就把 prev 指向它，接上。

這題需要注意的是，最后一定要把 prev.next 指向 null，否則如果原鏈表的尾巴是目標值的話，還是去不掉。

代碼如下：

class Solution {    public ListNode removeElements(ListNode head, int val) {      ListNode dummy = new ListNode(0);      ListNode prev = dummy;      ListNode curr = head;      while(curr != null) {        if (curr.val != val) {          prev.next = curr;          prevprev = prev.next;        }        currcurr = curr.next;      }      prev.next = null;      return dummy.next;    }  }

“有哪些鏈表的小技巧”的內容就介紹到這里了，感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業相關的知識可以關注億速云網站，小編將為大家輸出更多高質量的實用文章！