数据结构4 链表的面试题

更新时间:2018-01-11 09:40:57点击次数:522次

这篇文章包含的链表面试题如下:

1、从尾到头打印单向链表

2、查找单向链表中的倒数第k个节点

3、反转一个单向链表【出现频率较高】

4、合并两个有序的单向链表,合并之后的链表依然有序【出现频率较高】

5、找出两个单向链表相交的第一个公共节点

前期代码准备: 
下面这两个类的详细解析可以参考我的上一篇文章:数据结构3 线性表之链表

节点类:Node.java

/** 
* 节点类 
*/ 
public class Node { 
Object element; // 数据域 
Node next; // 地址域

// 节点的构造方法
public Node(Object element, Node next) {
    this.element = element;
    this.next = next;
}

// Gettet and Setter
public Node getNext() {
    return this.next;
}

public void setNext(Node next) {
    this.next = next;
}

public Object getElement() {
    return this.element;
}

public void setElement(Object element) {
    this.element = element;
} 

}

链表类:MyLinkedList.java

/** 
* 自己定义的一个链表类 
*/ 
public class MyLinkedList {

// 头节点
private Node headNode;
// 用来遍历链表的临时节点
private Node tempNode;

// Getter
public Node getHeadNode() {
    return headNode;
}
// Setter
public void setHeadNode(Node headNode) {
    this.headNode = headNode;
}

// 链表的初始化方法
public MyLinkedList() {
    // 初始化时,链表里面只有1个节点,所以这个节点的地址域为null
    Node node = new Node("王重阳", null);
    // 头节点不存储数据,它的数据域为null,它的地址域存储了第1个节点的地址
    headNode = new Node(null, node);
}

/**
 * 1、插入节点:时间复杂度为O(n)
 * @param newNode 需要插入的新节点
 * @param position 这个变量的范围可以从0到链表的长度,注意不要越界。
 *                 头节点不算进链表的长度,
 *                 所以从头节点后面的节点开始算起,position为0
 */
public void insert(Node newNode, int position) {
    // 通过position变量,让tempNode节点从头节点开始遍历,移动到要插入位置的前一个位置
    tempNode = headNode;
    int i = 0;
    while (i < position) {
        tempNode = tempNode.next;
        i++;
    }
    newNode.next = tempNode.next;
    tempNode.next = newNode;
}

/**
 * 2、删除节点:时间复杂度为O(n)
 * @param position
 */
public void delete(int position) {
    // 这里同样需要用tempNode从头开始向后查找position
    tempNode = headNode;
    int i = 0;
    while (i < position) {
        tempNode = tempNode.next;
        i++;
    }
    tempNode.next = tempNode.next.next;
}

/**
 * 3、查找节点:时间复杂度为O(n)
 * @param position
 * @return 返回查找的节点
 */
public Node find(int position) {
    // 这里同样需要用tempNode从头开始向后查找position
    tempNode = headNode;
    int i = 0;
    while (i < position) {
        tempNode = tempNode.next;
        i++;
    }
    return tempNode.next;
}

/**
 * 4、获取链表的长度:时间复杂度为O(n)
 * @return
 */
public int size() {
    tempNode = headNode.next;
    int size = 0;
    while (tempNode.next != null) {
        size = size + 1;
        tempNode = tempNode.next;
    }
    size = size + 1; // tempNode的地址域为null时,size记得加上最后一个节点
    return size;
}

// 遍历链表,打印出所有节点的方法
public void showAll() {
    tempNode = headNode.next;
    while (tempNode.next != null) {
        System.out.println(tempNode.element);
        tempNode = tempNode.next;
    }
    System.out.println(tempNode.element);
} 

}

1、从尾到头打印单向链表 
对于这种颠倒顺序打印的问题,我们应该就会想到栈,后进先出。因此这一题要么自己新建一个栈,要么使用系统的栈(系统递归调用方法时的栈)。需要把链表遍历完一次,所以它的时间复杂度为 O(n)

注意:不能先把链表反转,再遍历输出,因为这样做会破坏链表节点原来的顺序。

方法1:自己新建一个栈

QuestionOneDemo.java

import org.junit.Test;

import java.util.Stack;

public class QuestionOneDemo {

/**
 * 从尾到头打印单向链表
 * 方法1:自己新建一个栈
 *
 * @param head 参数为链表的头节点
 */
public void reversePrint(Node head) {

    // 判断链表是否为空
    if (head == null) {
        return;
    }

    // 新建一个栈
    Stack<Node> stack = new Stack<Node>();

    // 用来遍历的临时节点,从头节点开始
    Node tempNode = head;

    // 从头节点开始遍历链表,将除了头节点之外的所有节点压栈
    while (tempNode.getNext() != null) {
        tempNode = tempNode.getNext();
        stack.push(tempNode);
    }

    // 将栈中的节点打印输出即可
    while (stack.size() > 0) {
        // 出栈操作
        Node node = stack.pop();
        System.out.println(node.getElement());
    }
}

/**
 * 用来测试的方法
 */
@Test
public void test() {
    MyLinkedList myLinkedList = new MyLinkedList();

    Node newNode1 = new Node("欧阳锋", null);
    Node newNode2 = new Node("黄药师", null);
    Node newNode3 = new Node("洪七公", null);

    myLinkedList.insert(newNode1, 1);
    myLinkedList.insert(newNode2, 2);
    myLinkedList.insert(newNode3, 3);

    System.out.println("----原链表 start----");
    myLinkedList.showAll();
    System.out.println("----原链表 end----");
    System.out.println("");

    System.out.println("====从尾到头打印链表 start====");
    reversePrint(myLinkedList.getHeadNode());
    System.out.println("====从尾到头打印链表 end====");
    System.out.println("");

    System.out.println("----原链表(依然保留了原来的顺序) start----");
    myLinkedList.showAll();
    System.out.println("----原链表(依然保留了原来的顺序) end----");

} 

}

测试结果:

方法2:使用系统的栈(递归)

在 QuestionOneDemo.java 中添加方法2

/**
 * 从尾到头打印单向链表
 * 方法2:自己新建一个栈
 *
 * @param head 参数为链表的头节点
 */
public void reversePrint2(Node head) {

    // 判断传进来的参数节点是否为空
    if (head == null) {
        return;
    }

    // 递归
    reversePrint2(head.next);
    System.out.println(head.getElement());
} 

测试的方法和测试结果跟方法1一样,这里不再详细列出。

总结:

方法2是基于递归实现的,代码看起来更简洁,但有一个问题: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是自己新建一个栈,使用循环压栈和循环出栈,代码的稳健性要更好一些。

2、查找单向链表中的倒数第k个节点 
2-1: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大于链表中节点个数的情况)。因为需要遍历两次链表,所以时间复杂度为 T(2n) = O(n)

代码如下:

QuestionTwoDemo.java

import org.junit.Test;

public class QuestionTwoDemo {

/**
 * 查找链表中的倒数第k个节点的方法
 *
 * @param myLinkedList 需要查找的链表作为参数传递进来
 * @param k            代表倒数第k个节点的位置
 * @return
 */
public Node reciprocalFindNode(MyLinkedList myLinkedList, int k) throws Exception {
    int size = 0;

    // 如果头节点为null,说明链表为空
    if (myLinkedList.getHeadNode() == null) {
        throw new Exception("链表为空");
    }

    // 判断k,k不能为0
    if (k == 0) {
        throw new Exception("k不能为0");
    }

    // 第一次遍历,计算出链表的长度size
    Node tempNode = myLinkedList.getHeadNode();
    while (tempNode != null) {
        size++;
        tempNode = tempNode.getNext();
    }

    // 判断k,k不能大于链表中节点的个数
    if (k > size) {
        throw new Exception("k不能大于链表中节点的个数");
    }

    // 第二次遍历,找出倒数第k个节点
    tempNode = myLinkedList.getHeadNode();
    for (int i = 0; i < size - k; i++) {
        tempNode = tempNode.getNext();
    }
    return tempNode;
}

/**
 * 用来测试的方法
 */
@Test
public void test() throws Exception {
    MyLinkedList myLinkedList = new MyLinkedList();

    Node newNode1 = new Node("欧阳锋", null);
    Node newNode2 = new Node("黄药师", null);
    Node newNode3 = new Node("洪七公", null);

    myLinkedList.insert(newNode1, 1);
    myLinkedList.insert(newNode2, 2);
    myLinkedList.insert(newNode3, 3);

    System.out.println("-----完整的链表start-----");
    myLinkedList.showAll();
    System.out.println("-----完整的链表end-------");
    System.out.println("");

    Node node = reciprocalFindNode(myLinkedList, 1);
    System.out.println("链表的倒数第1个节点是:" + node.getElement());

    node = reciprocalFindNode(myLinkedList, 2);
    System.out.println("链表的倒数第2个节点是:" + node.getElement());

    node = reciprocalFindNode(myLinkedList, 3);
    System.out.println("链表的倒数第3个节点是:" + node.getElement());

    node = reciprocalFindNode(myLinkedList, 4);
    System.out.println("链表的倒数第4个节点是:" + node.getElement());
} 

}

测试结果:

如果面试官不允许你遍历链表的长度,该怎么做?接下来的改进思路就是。

2-2:改进思路

这里需要用到两个节点型的变量:即变量 first 和 second,首先让 first 和 second 都指向第一个节点,然后让 second 节点往后挪 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 节点走到最后一个节点时,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)

步骤一:

步骤二:

步骤三:

代码:

在 QuestionTwoDemo.java 中添加方法

/**
 * 查找链表中的倒数第k个节点的方法2
 *
 * @param myLinkedList 需要查找的链表作为参数传递进来
 * @param k            代表倒数第k个节点的位置
 * @return
 */
public Node reciprocalFindNode2(MyLinkedList myLinkedList, int k) throws Exception {
    // 如果头节点为null,说明链表为空
    if (myLinkedList.getHeadNode() == null) {
        throw new Exception("链表为空");
    }

    Node first = myLinkedList.getHeadNode();
    Node second = myLinkedList.getHeadNode();

    // 让second节点往后挪 k-1 个位置
    for (int i = 0; i < k - 1; i++) {
        second = second.getNext();
    }

    // 让first节点和second节点整体向后移动,直到second节点走到最后一个节点
    while (second.getNext() != null) {
        first = first.getNext();
        second = second.getNext();
    }
    // 当second节点走到最后一个节点时,first节点就是我们要找的节点
    return first;
} 

测试的方法和测试结果跟前面的一样,这里不再详细列出。

3、反转一个单向链表 
例如链表:

1 -> 2 -> 3 -> 4

反转之后:

4 -> 3 -> 2 -> 1

思路:

从头到尾遍历原链表的节点,每遍历一个节点,将它放在新链表(实际上并没有创建新链表,这里用新链表来描述只是为了更方便的理解)的最前端。 时间复杂度为O(n)

(注意链表为空和只有一个节点的情况)

示意图一:

示意图二:

示意图三:

如此类推。。。

代码如下:

QuestionThreeDemo.java

import org.junit.Test;

public class QuestionThreeDemo {

/**
 * 反转一个单向链表的方法
 *
 * @param myLinkedList
 * @throws Exception
 */
public void reverseList(MyLinkedList myLinkedList) throws Exception {
    // 判断链表是否为null
    if (myLinkedList == null || myLinkedList.getHeadNode() == null || myLinkedList.getHeadNode().getNext() == null) {
        throw new Exception("链表为空");
    }

    // 判断链表里是否只有一个节点
    if (myLinkedList.getHeadNode().getNext().getNext() == null) {
        // 链表里只有一个节点,不用反转
        return;
    }

    // tempNode 从头节点后面的第一个节点开始往后移动
    Node tempNode = myLinkedList.getHeadNode().getNext();
    // 当前节点的下一个节点
    Node nextNode = null;
    // 反转后新链表的头节点
    Node newHeadNode = null;

    // 遍历链表,每遍历到一个节点都把它放到链表的头节点位置
    while (tempNode.getNext() != null) {
        // 把tempNode在旧链表中的下一个节点暂存起来
        nextNode = tempNode.getNext();
        // 设置tempNode在新链表中作为头节点的next值
        tempNode.setNext(newHeadNode);
        // 更新newHeadNode的值,下一次循环需要用
        newHeadNode = tempNode;
        // 更新头节点
        myLinkedList.setHeadNode(newHeadNode);
        // tempNode往后移动一个位置
        tempNode = nextNode;
    }
    // 旧链表的最后一个节点的next为null,要把该节点的next设置为新链表的第二个节点
    tempNode.setNext(newHeadNode);
    // 然后把它放到新链表的第一个节点的位置
    myLinkedList.setHeadNode(tempNode);
    // 新建一个新链表的头节点
    newHeadNode = new Node(null, tempNode);
    myLinkedList.setHeadNode(newHeadNode);
}

/**
 * 用来测试的方法
 */
@Test
public void test() throws Exception {
    MyLinkedList myLinkedList = new MyLinkedList();

    Node newNode1 = new Node("欧阳锋", null);
    Node newNode2 = new Node("黄药师", null);
    Node newNode3 = new Node("洪七公", null);

    myLinkedList.insert(newNode1, 1);
    myLinkedList.insert(newNode2, 2);
    myLinkedList.insert(newNode3, 3);

    System.out.println("-----完整的链表start-----");
    myLinkedList.showAll();
    System.out.println("-----完整的链表end-------");
    System.out.println("");

    System.out.println("-----反转之后的链表start-----");
    reverseList(myLinkedList);
    myLinkedList.showAll();
    System.out.println("-----反转之后的链表end-------");
} 

}

测试结果:

4、合并两个有序的单向链表,合并之后的链表依然有序

5、找出两个单向链表相交的第一个公共节

  • 项目经理 点击这里给我发消息
  • 项目经理 点击这里给我发消息
  • 项目经理 点击这里给我发消息
  • 项目经理 点击这里给我发消息