JAVA实现链表面试题.doc

JAVA实现链表面试题这篇文章主要介绍了JAVA相关实现链表的面试题，代码实现非常详细，每一个方法讲解也很到位，特别适合参加Java面试的朋友阅读。这份笔记整理了整整一个星期，每一行代码都是自己默写完成，并测试运行成功，同时也回顾了一下剑指offer这本书中和链表有关的讲解，希望对笔试和面试有所帮助。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：?1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950515253public 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：?123456789101112131415/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：?123456789101112131415161718192021public 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sizeif (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）?1234567891011121314151617181920212223public 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Nullwhile (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：?1234567891011121314151617181920212223242526public 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 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：?12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849/两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：?1234567891011121314151617public 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 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）?1234567891011121314151617181920212223/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）?123456789101112131415161718192021/方法：从尾到头打印单链表public void reversePrint(Node head) if (head = null) return;Stack stack = new Stack(); /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）?123456789public 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：?123456789101112131415161718192021/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。?1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950515253545556575859606162636465666768697071727374757677787980818283848586878889LinkList.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。9、取出有环链表中，环的长度：我们平时碰到的有环链表是下面的这种：（图1）上图中环的长度是4。但有可能也是下面的这种：（图2）此时，上图中环的长度就是3了。那怎么求出环的长度呢？思路：这里面，我们需要先利用上面的第7小节中的hasCycle方法（判断链表是否有环的那个方法），这个方法的返回值是boolean型，但是现在要把这个方法稍做修改，让其返回值为相遇的那个结点。然后，我们拿到这个相遇的结点就好办了，这个结点肯定是在环里嘛，我们可以让这个结点对应的指针一直往下走，直到它回到原点，就可以算出环的长度了。方法：?12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940/方法：判断单链表是否有环。返回的结点是相遇的那个结点public Node hasCycle(Node head) if (head = null) return null;Node first = head;Node second = head;while (second != null) first = first.next;second = second.next.next;if (first = second) /一旦两个指针相遇，说明链表是有环的return first; /将相遇的那个结点进行返回return null;/方法：有环链表中，获取环的长度。参数node代表的是相遇的那个结点public int getCycleLength(Node node) if (head = null) return 0;Node current = node;int length = 0;while (current != null) current = current.next;length+;if (current = node) /当current结点走到原点的时候return length;return length;完整版代码：（包含测试部分）?123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172737475767778798081828384858687888990919293949596979899public class LinkList public Node head;public Node current;public int size;/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：判断单链表是否有环。返回的结点是相遇的那个结点public Node hasCycle(Node head) if (head = null) return null;Node first = head;Node second = head;while (second != null) first = first.next;second = second.next.next;if (first = second) /一旦两个指针相遇，说明链表是有环的return first; /将相遇的那个结点进行返回return null;/方法：有环链表中，获取环的长度。参数node代表的是相遇的那个结点public int getCycleLength(Node node) if (head = null) return 0;Node current = node;int length = 0;while (current != null) current = current.next;length+;if (current = node) /当current结点走到原点的时候return length;return length;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 list1 = new LinkList();Node second = null; /把第二个结点记下来/向LinkList中添加数据for (int i = 0; i 4; i+) list1.add(i);if (i = 1) second = list1.current; /把第二个结点记下来list1.add(second); /将尾结点指向链表的第二个结点，于是单链表就有环了，备注：此时得到的环的结构，是本节中图2的那种结构Node current = list1.hasCycle(list1.head); /获取相遇的那个结点System.out.println(环的长度为 + list1.getCycleLength(current);运行效果：如果将上面的104至122行的测试代码改成下面这样的：（即：将图2中的结构改成图1中的结构）?12345678910111213public static void main(String args) LinkList list1 = new LinkList();/向LinkList中添加数据for (int i = 0; i 4; i+) list1.add(i);list1.add(list1.head); /将头结点添加到链表当中（将尾结点指向头结点），于是，单链表就有环了。备注：此时得到的这个环的结构，是本节中图1的那种结构。Node current = list1.hasCycle(list1.head);System.out.println(环的长度为 + list1.getCycleLength(current); 运行结果：如果把上面的代码中的第8行删掉，那么这个链表就没有环了，于是运行的结果为0。10、单链表中，取出环的起始点：我们平时碰到的有环链表是下面的这种：（图1）上图中环的起始点1。但有可能也是下面的这种：（图2）此时，上图中环的起始点是2。方法1：这里我们需要利用到上面第8小节的取出环的长度的方法getCycleLength，用这个方法来获取环的长度length。拿到环的长度length之后，需要用到两个指针变量first和second，先让second指针走length步；然后让first指针和second指针同时各走一步，当两个指针相遇时，相遇时的结点就是环的起始点。注：为了找到环的起始点，我们需要先获取环的长度，而为了获取环的长度，我们需要先判断是否有环。所以这里面其实是用到了三个方法。代码实现：方法1的核心代码：?1234567891011121314151617181920212223242526/方法：获取环的起始点。参数length表示环的长度public Node getCycleStart(Node head, int cycleLength) if (head = null) return null;Node first = head;Node second = head;/先让second指针走length步for (int i = 0; i cycleLength; i+) second = second.next;/然后让first指针和second指针同时各走一步while (first != null & second != null) first = first.next;second = second.next;if (first = second) /如果两个指针相遇了，说明这个结点就是环的起始点return first;return null;完整版代码：（含测试部分）?123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172737475767778798081828384858687888990919293949596979899100101102103104105106107108109110111112113114115116117118119120public class LinkList public Node head;public Node current;public int size;/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：判断单链表是否有环。返回的结点是相遇的那个结点public Node hasCycle(Node head) if (head = null) return null;Node first = head;Node second = head;while (second != null) first = first.next;second = second.next.next;if (first = second) /一旦两个指针相遇，说明链表是有环的return first; /将相遇的那个结点进行返回return null;/方法：有环链表中，获取环的长度。参数node代表的是相遇的那个结点public int getCycleLength(Node node) if (head = null) return 0;Node current = node;int length = 0;while (current != null) current = current.next;length+;if (current = node) /当current结点走到原点的时候return length;return length;/方法：获取环的起始点。参数length表示环的长度public Node getCycleStart(Node head, int cycleLength) if (head = null) return null;Node first = head;Node second = head;/先让second指针走length步for (int i = 0; i cycleLength; i+) second = second.next;/然后让first指针和second指针同时各走一步while (first != null & second != null) first = first.next;second = second.next;if (first = second) /如果两个指针相遇了，说明这个结点就是环的起始点return first;return null; 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publ