【数据结构】单链表面试题（Java + 力扣 + 详解）

news2024/12/24 8:47:09

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链表面试题

  • 一、移除链表元素
    • 1. 题目
    • 2. 解析
    • 3. 完整代码展示
  • 二、反转链表
    • 1. 题目
    • 2. 解析
    • 3. 完整代码展示
  • 三、链表的中间结点
    • 1. 题目
    • 2. 解析
    • 3. 完整代码展示
  • 四、 链表中倒数第k个节点
    • 1. 题目
    • 2. 解析
    • 3. 完整代码展示
  • 五、合并两个有序链表
    • 1. 题目
    • 2. 解析
    • 3. 完整代码展示

一、移除链表元素

203.移除链表元素

1. 题目

在这里插入图片描述

2. 解析

  • 特殊情况处理：
  • 如果链表头节点 head 为空，直接返回 null，表示链表为空，无需处理。
if(head == null){
    return null;
}

在这里插入图片描述

  • 一般情况处理：
  • 定义两个指针，prevNode 指向当前节点的前一个节点（初始为头节点），cur 指向当前节点的下一个节点。
ListNode prevNode = head;
ListNode cur = head.next;
  • 循环遍历链表：
  • 使用 cur 指针遍历链表，当 cur 不为 null 时执行循环。
  • 如果 cur 指向的节点的值等于 val，则将 prevNode.next 指向 cur.next，即跳过当前节点 cur。
  • 否则，更新 prevNode 为 cur，并将 cur 移动到下一个节点。
while(cur != null){
    if(cur.val == val){
        prevNode.next = cur.next;
        cur = cur.next;
    }else{
        prevNode = cur;
        cur = cur.next;
    }
}
  • 处理头节点：
  • 最后处理头节点，如果头节点的值等于 val，则将头节点 head 指向下一个节点，即跳过头节点。
if(head.val == val){
    head = head.next;
}
  • 返回链表头：
  • return head; 返回处理后的链表头节点。

3. 完整代码展示

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * public class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode() {}
 *     ListNode(int val) { this.val = val; }
 *     ListNode(int val, ListNode next) { this.val = val; this.next = next; }
 * }
 */
class Solution {
    public ListNode removeElements(ListNode head, int val) {
        //特殊情况、链表为空
        if(head == null){
            return null;
        }

        //处理一般情况
        //定义两个指针，prev 指向第一个节点，cur 指向第二个节点
        ListNode prevNode = head;
        ListNode cur = head.next;

        //循环判断条件 cur != null
        //先不考虑 头节点
        //从第二个节点开始排查
        while(cur != null){
            if(cur.val == val){
                prevNode.next = cur.next;
                cur = cur.next;
            }else{
                prevNode = cur;
                cur = cur.next;
            }
        }
        //最后处理头节点
        if(head.val == val){
            head = head.next;
        }
        return head;
    }
}

二、反转链表

206.反转链表

1. 题目

在这里插入图片描述

2. 解析

  • 要求：遍历链表一遍就反转完
  • 思路：
  • 先把原链表的头节点的next置为空，记录好下一个节点，进行头插

在这里插入图片描述

  • reverseList 方法用于反转单链表，接收一个头节点 head 作为参数，并返回反转后的新头节点。

  • 首先进行了几个边界条件的判断：

     如果 head 为 null，即空链表，直接返回 null。
 如果链表只有一个节点 (head.next == null)，则直接返回 head，因为反转后还是自身。

  • 若链表节点数大于1，进入反转过程：

    ListNode cur = head.next; 初始化 cur 为 head 的下一个节点。
head.next = null; 将 head 的 next 指针置为 null，表示反转后的尾节点。

  • 使用头插法反转链表：

    while (cur != null) 循环直到 cur 为 null：
ListNode curNext = cur.next; 记录当前节点 cur 的下一个节点。

    cur.next = head; 将 cur 的 next 指向 head，完成头插操作。
    head = cur; 更新 head 为当前 cur，即新的头节点。
    cur = curNext; 将 cur 移动到下一个节点，继续反转操作。

  • 最终返回 head，此时 head 已经是反转后链表的新头节点。

  • 这种方法的时间复杂度为 O(n)，其中 n 是链表的节点数，因为需要遍历整个链表一次来完成反转操作。

3. 完整代码展示

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * public class ListNode {
 * int val;
 * ListNode next;
 * ListNode() {}
 * ListNode(int val) { this.val = val; }
 * ListNode(int val, ListNode next) { this.val = val; this.next = next; }
 * }
 */
class Solution {
    public ListNode reverseList(ListNode head) {
        // 如果链表为空
        if (head == null) {
            return null;
        }
        // 如果只有一个节点
        if (head.next == null) {
            return head;
        }
        ListNode cur = head.next;
        head.next = null;

        // 进行头插
        // 进行头插之前要记录好下一个节点
        while (cur != null) {
            ListNode curNext = cur.next;
            cur.next = head;
            head = cur;
            cur = curNext;
        }
        return head;
    }
}

三、链表的中间结点

876.链表的中间结点

1. 题目

在这里插入图片描述

2. 解析

  • 第一种解法：长度 / 2

但是这种 需要遍历一遍链表，还要再除以2，可以在这个基础上进行优化

  • 第二种解法：

定义两个指针：（快慢指针）fast快指针 slow慢指针

在这里插入图片描述

算法采用了快慢指针技巧：

  • fast 指针每次移动两步：fast = fast.next.next;
  • slow 指针每次移动一步：slow = slow.next;

由于 fast 指针移动速度是 slow 指针的两倍，所以当 fast 指针到达链表末尾时，slow 指针恰好指向链表的中间节点。

具体执行过程如下：

  • 初始时，fast 和 slow 都指向链表的头节点 head。

  • 在每一轮循环中，首先检查 fast 是否为空且 fast.next 是否为空（即 fast 是否到达链表尾部）：

    如果是，则退出循环，此时 slow 指向链表的中间节点。
如果不是，则将 fast 向前移动两步，将 slow 向前移动一步。

  • 循环结束后，返回 slow，即为链表的中间节点。

  • 这段代码的时间复杂度为 O(n)，其中 n 是链表的长度，因为 fast 指针最多遍历链表一次。空间复杂度为 O(1)，因为只使用了常量级的额外空间用于两个指针。

3. 完整代码展示

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * public class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode() {}
 *     ListNode(int val) { this.val = val; }
 *     ListNode(int val, ListNode next) { this.val = val; this.next = next; }
 * }
 */
class Solution {
    public ListNode middleNode(ListNode head) {
        ListNode fast = head;
        ListNode slow = head;
        while(fast != null && fast.next != null){
            fast = fast.next.next;
            slow = slow.next;
        }
        
        return slow;
    }
}

四、 链表中倒数第k个节点

链表中倒数第k个节点

1. 题目

在这里插入图片描述

2. 解析

  • 定义了一个简单的链表节点类 ListNode，每个节点包含一个整数值 val 和一个指向下一个节点的引用 next。
  • indKthToTail(ListNode head, int k) 方法接收一个链表头节点 head 和一个整数 k，表示要查找倒数第k个节点。
  • 首先，使用两个指针 fast 和 slow，初始化都指向头节点 head。
  • fast 先移动 k 步，如果 k 大于链表长度，则直接返回 null。
  • 然后，fast 和 slow 同时向前移动，直到 fast 到达链表末尾，此时 slow 指向的即为倒数第 k 个节点。
  • 返回 slow。
  • 在 main 方法中，创建了一个包含五个节点的链表。
  • 分别测试了找倒数第1个、第3个节点以及超过链表长度的情况。

3. 完整代码展示

// 定义链表节点类
class ListNode {
    int val;
    ListNode next;
    ListNode(int x) {
        val = x;
    }
}

public class Solution {
    public ListNode FindKthToTail(ListNode head, int k) {
        if (head == null || k <= 0) {
            return null;
        }

        ListNode fast = head;
        ListNode slow = head;

        // 快指针先向前移动k步
        for (int i = 0; i < k; i++) {
            if (fast != null) {
                fast = fast.next;
            } else {
                // 如果k超过了链表长度，直接返回null
                return null;
            }
        }

        // 快慢指针一起向前移动，直到快指针到达链表末尾
        while (fast != null) {
            fast = fast.next;
            slow = slow.next;
        }

        // 此时slow指向的就是倒数第k个节点
        return slow;
    }

    // 测试代码
    public static void main(String[] args) {
        Solution solution = new Solution();

        // 创建链表：1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5
        ListNode head = new ListNode(1);
        head.next = new ListNode(2);
        head.next.next = new ListNode(3);
        head.next.next.next = new ListNode(4);
        head.next.next.next.next = new ListNode(5);

        // 测试找倒数第1个节点
        ListNode result = solution.FindKthToTail(head, 1);
        if (result != null) {
            System.out.println(result.val); // 输出5
        } else {
            System.out.println("找不到节点");
        }

        // 测试找倒数第3个节点
        result = solution.FindKthToTail(head, 3);
        if (result != null) {
            System.out.println(result.val); // 输出3
        } else {
            System.out.println("找不到节点");
        }

        // 测试k超过链表长度
        result = solution.FindKthToTail(head, 6);
        if (result != null) {
            System.out.println(result.val);
        } else {
            System.out.println("找不到节点"); // 输出找不到节点
        }
    }
}

五、合并两个有序链表

21.合并两个有序链表

1. 题目

在这里插入图片描述

2. 解析

  • 虚拟节点的创建：
ListNode newNode = new ListNode(1);

这里创建了一个值为 1 的虚拟节点 newNode。这个虚拟节点的作用是作为合并后链表的头节点的前一个节点，简化了链表操作。

  • 临时节点：
ListNode tmp = newNode;

tmp 节点用来迭代构建合并后的链表，最初指向 newNode，随着节点的合并不断移动。

  • 合并过程：

使用 while 循环，只要 list1 和 list2 都不为 null，比较它们当前节点的值：
如果 list1.val < list2.val，将 tmp.next 指向 list1，然后 list1 向后移动一位，tmp 也向后移动一位。
否则，将 tmp.next 指向 list2，然后 list2 向后移动一位，tmp 也向后移动一位。

  • 处理剩余节点：

循环结束后，可能会有一个链表还有剩余节点未合并，使用两个 if 条件分别处理：
如果 list1 不为 null，将剩余的 list1 接在 tmp.next 后面。
如果 list2 不为 null，将剩余的 list2 接在 tmp.next 后面。
返回合并后链表的头节点：返回 newNode.next，即虚拟节点 newNode 的下一个节点，即合并后的链表的头节点。

  • 总结

这段代码通过使用虚拟节点和临时节点，在一次遍历中将两个有序链表 list1 和 list2 合并为一个有序链表，并返回合并后链表的头节点。

3. 完整代码展示

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * public class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode() {}
 *     ListNode(int val) { this.val = val; }
 *     ListNode(int val, ListNode next) { this.val = val; this.next = next; }
 * }
 */
class Solution {
    public ListNode mergeTwoLists(ListNode list1, ListNode list2) {
        //创建一个虚拟节点
        ListNode newNode = new ListNode(1);
        //临时节点
        ListNode tmp = newNode;
        while(list1 != null && list2 != null){
            if(list1.val < list2.val){
                tmp.next = list1;
                list1 = list1.next;
                tmp = tmp.next;
            }else{
                tmp.next = list2;
                list2 = list2.next;
                tmp = tmp.next;
            }
        }
        if(list1 == null){
            tmp.next = list2;
        }
        if(list2 == null){
            tmp.next = list1;
        }
        return newNode.next;
    }
}

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