数据结构之链表

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。
  
  
  最后，欢迎大家提出更多和链表相关的面试题目，我们可以一起讨论。