秋招之路-链表面试题集合（二）

[图]program 2019-07-24

这是 herongwei 的第 80 篇原创

阅读本文大概需要 8.88 分钟

前言

链表是最基本的数据结构，面试官也常常用链表来考察面试者的基本能力，链表的操作也离不开指针，指针又很容易导致出错。综合多方面的原因，链表题目在面试中占据着很重要的地位。这里总结常见的链表面试题，希望对你有所帮助！

今天的题目

1、在 O(1) 时间删除链表节点。

2、输入一个链表，输出该链表中倒数第k个结点。

3、输入一个链表，输出该链表中间的结点。

4、判断一个链表是否是回文链表。

5、从有序链表中删除重复节点。

6、删除链表的倒数第 n 个节点。

7、交换链表中的相邻结点。

8、链表元素按奇偶聚集。

9、链表求和。

10、分割链表。

1、在 O(1) 时间删除链表节点

分析：

容易想到的一个思路：用下一个节点数据覆盖要删除的节点，然后删除下一个节点。当然，在删除之前，我们需要把给定的结点的下一个结点的数据拷贝到给定的结点中。此时，时间复杂度为 O(1)。

上面的思路还有一个问题：如果删除的结点位于链表的尾部，没有下一个结点，怎么办？我们仍然从链表的头结点开始，顺序遍历得到给定结点的前序结点，并完成删除操作。这个时候时间复杂度是 O(n)。

如果题目要求我们需要在 O(1) 时间完成删除操作，我们的算法是不是不符合要求？实际上，假设链表总共有 n 个结点，我们的算法在 n-1 总情况下时间复杂度是 O(1)，只有当给定的结点处于链表末尾的时候，时间复杂度为 O(n)。那么平均时间复杂度

[(n-1)*O(1)+O(n)]/n，仍然为 O(1)。

参考代码：

class Solution {
public:
    void delListNode(ListNode* pHead, ListNode* pDelNode) {
        if(pHead == nullptr)
            return;
        if(pDelNode->next == nullptr) { //删除的结点位于链表的尾部
            ListNode* pCur = pHead;
            while(pCur->next != pDelNode) {
                pCur = pCur->next;
            }
            pCur->next = nullptr;
            delete pDelNode;
            pDelNode = nullptr;
        }
        else { //用下一个节点数据覆盖要删除的节点，然后删除下一个节点
            ListNode *pNext = pDelNode->next;
            pDelNode->val   = pNext->val;
            pDelNode->next  = pNext->next;
            delete pNext;
            pNext = nullptr;
        }
    }
};

2、输入一个链表，输出该链表中倒数第 k 个结点

示例1
输入
8
1 2 3 4 5 6 7 8
4
输出
5

分析：

设置两个指针，p2 指针先走（k-1）步，然后再一起走，当 p2 走到最后时，p1 就为倒数第k个数。

参考代码：

class Solution {
public:
    ListNode* FindKthToTail(ListNode* pListHead, unsigned int k) {
        if(pListHead == nullptr|| k == 0)
            return nullptr;
        ListNode* pTail = pListHead;
        ListNode* pHead = pListHead;
        for(int i=1; i<k; ++i) {
            if(pHead->next != nullptr)
                pHead = pHead->next;
            else
                return nullptr;
        }
        while(pHead->next != nullptr) {
            pHead = pHead->next;
            pTail = pTail->next;
        }
        return pTail;
    }
};

3、输入一个链表，输出该链表中间的结点

Example 1:

Input: [1,2,3,4,5]
Output: Node 3 from this list (Serialization: [3,4,5])
The returned node has value 3.  (The judge's serialization of this node is [3,4,5]).
Note that we returned a ListNode object ans, such that:
ans.val = 3, ans.next.val = 4, ans.next.next.val = 5, and ans.next.next.next = NULL.

分析：

求链表的中间节点，如果链表的长度为偶数，返回中间两个节点的任意一个，若为奇数，则返回中间节点。

很容易想到，如果可以求链表的长度的话，那么计算出中间节点所在链表顺序的位置即可。但是如果要求只能扫描一遍链表，如何解决呢？最高效的解法和第 2 题一样，通过两个指针来完成。用两个指针从链表头节点开始，一个指针每次向后移动两步，一个每次移动一步，直到快指针移到到尾节点，那么慢指针即是所求。

参考代码：

class Solution {
public:
    ListNode *getMiddleNode(ListNode *pNode) {
        ListNode *fastNode = pNode;
        ListNode *slowNode = pNode;

        while(fastNode != nullptr && fastNode->next != nullptr) {
            fastNode = fastNode->next->next;
            slowNode = slowNode->next;
        }
        return slowNode;
    }
};

4、判断一个链表是否是回文链表

Given a singly linked list, determine if it is a palindrome.

Example 1:

Input: 1->2
Output: false
Example 2:

Input: 1->2->2->1
Output: true
Follow up:
Could you do it in O(n) time and O(1) space?

分析：依然使用两个指针，fast 和slow指针。

（1）fast 指针每次走两步，slow 指针每次走一步；

（2）fast 指针走到链表末尾的时候，slow 指针走到链表的中间位置结点（链表长度 n 为偶数）或中间位置的前一个结点（链表长度 n 为奇数）；

（3）slow 直接到了中间，就可以将整个链表的后半部分压栈实现逆序，依次和前半部分比较即可。

参考代码：

class Solution {
public:
    bool isPalindrome(ListNode* head) {
        if(head == nullptr || head->next ==nullptr)
            return true;
        ListNode* fast = head->next;
        ListNode* slow = head;//快慢指针，让慢指针走到中间节点
        while(fast != nullptr && fast->next != nullptr) {
            slow = slow->next;
            fast = fast->next->next;
        }
        if(fast != nullptr) // 偶数节点，让 slow 指向下一个节点
            slow = slow->next;
        cut(head, slow);   // 切成两个链表
        return isEqual(head, reverseNode(slow));
    }
private:
    void cut(ListNode* head, ListNode* cutNode) {
        while(head->next != cutNode) {
            head = head->next;
        }
        head->next = nullptr;
    }
    ListNode* reverseNode(ListNode* pHead) {
        ListNode* pReversedHead = nullptr;
        ListNode* pCur = pHead;
        ListNode* pPre = nullptr;
        while(pCur != nullptr) {
            ListNode* pNext = pCur->next;//链断开之前一定要保存断开位置后边的结点
            if(pNext == nullptr) //当next为空时，说明当前结点为尾节点
                pReversedHead = pCur;
            pCur->next = pPre;
            pPre = pCur;
            pCur = pNext;
        }
        return pReversedHead;
    }
    bool isEqual(ListNode* L1, ListNode* L2) {
        while(L1 !=nullptr && L2 != nullptr) {
            if(L1->val != L2->val)
                return false;
            L1 = L1->next;
            L2 = L2->next;
        }
        return true;
    }
};

5、从有序链表中删除重复节点

Given 1->1->2, return 1->2.
Given 1->1->2->3->3, return 1->2->3.

分析：只需要在遍历时记录当前节点的前节点，然后一旦遇到有重复值的节点就跳过，直到遇到的下一个节点值和当前元素不重复；将记录的前节点的下一个元素指向和当前值不重复的节点。

参考代码：

class Solution4 {
public:
    ListNode* deleteDuplicates(ListNode* head) {
        if(head == nullptr || head->next == nullptr)
            return head;
        ListNode* current = head;
        while(current != nullptr && current->next != nullptr) {
            if(current->next->val == current->val) {//遇到重复节点
                current->next = current->next->next;
            } else {
                current = current->next;
            }
        }
        return head;
    }
};

6、删除链表的倒数第 n 个节点

Given linked list: 1->2->3->4->5, and n = 2.
After removing the second node from the end, the linked list becomes 1->2->3->5.

分析：

这道题目要求我们一次遍历解决问题，那么就得想些比较巧妙的方法了。

比如我们首先要考虑的，如何找到倒数第 N 个节点，由于只允许一次遍历，所以我们不能用一次完整的遍历来统计链表中元素的个数，而是遍历到对应位置就应该删除了。

那么这里还是双指针的思路：首先快指针先向前走 N 步，如果此时快指向空，说明 N 为链表的长度，则需要移除的为首元素，那么此时我们返回 head->next 即可，如果快指针存在，我们再继续往下走，此时慢指针指针也跟着走，直到快指针为最后一个元素时停止，此时慢指针指向要移除元素的前一个元素，我们再修改指针跳过需要移除的元素即可。

参考代码：

class Solution {
public:
    ListNode* removeNthFromEnd(ListNode* head, int n) {
        if(head == nullptr|| n == 0)
            return nullptr;
        ListNode* fast = head;
        ListNode* slow = head;
        while(n--) {
            if(fast->next != nullptr)
                fast = fast->next;
            else
                return head->next;
        }
        while(fast->next != nullptr) {
            fast = fast->next;
            slow = slow->next;
        }
        slow->next = slow->next->next;
        return head;
    }
};

7、交换链表中的相邻结点

Given 1->2->3->4, you should return the list as 2->1->4->3.

分析：

这道题的话，推荐读者在纸上画画，不然容易晕。细心一些就好。整个过程就是从头开始，对于每一对需要交换的节点，按顺序调整节点的 next 指针，使其指向正确的节点。

参考代码：

class Solution {
public:
    ListNode* swapPairs(ListNode* head) {
        ListNode* newHead = new ListNode(0);
        newHead ->next = head;

        ListNode* fast = newHead;
        ListNode* slow;
        while(fast->next && fast->next->next) {
            slow = fast->next;
            fast->next = slow->next;
            slow->next = slow->next->next;
            fast->next->next = slow;
            fast = slow;
        }
        return newHead->next;
    }
};

8、链表元素按奇偶聚集

Example:
Given 1->2->3->4->5->NULL,
return 1->3->5->2->4->NULL.

分析：处理偶链表和奇链表的指向，每隔一个元素改变指向即可。

参考代码：

class Solution {
public:
    ListNode* oddEvenList(ListNode* head) {
        if(head == nullptr || head->next == nullptr)
            return head;
        ListNode* odd = head;//偶链表
        ListNode* even = head->next;//奇链表
        ListNode* evenHead = even;//指向奇链表头节点
        while(even != nullptr && even->next != nullptr) {
            odd->next = odd->next->next;//偶链表跳着指
            odd = odd->next;
            even->next = even->next->next;//奇链表跳着指
            even = even->next;
        }
        odd->next = evenHead;//把偶链表接在奇链表后面
        return head;
    }
};

9、链表求和

Input: (7 -> 2 -> 4 -> 3) + (5 -> 6 -> 4)
Output: 7 -> 8 -> 0 -> 7

分析：

题目要求：不能修改原始链表。

用容器保存每个节点 val，模拟整数相加即可

参考代码：

class Solution {
    public ListNode addTwoNumbers(ListNode l1, ListNode l2) {
        Deque<Integer> stack1 = new LinkedList<>();
        Deque<Integer> stack2 = new LinkedList<>();

        while (Objects.nonNull(l1)) {
            stack1.push(l1.val);
            l1 = l1.next;
        }
        while (Objects.nonNull(l2)) {
            stack2.push(l2.val);
            l2 = l2.next;
        }

        ListNode dummy = new ListNode(0);
        int carry = 0;
        while (!stack1.isEmpty() || !stack2.isEmpty() || carry != 0) {
            int v1 = stack1.isEmpty() ? 0 : stack1.pop();//移除并返回位于队列尾部的对象
            int v2 = stack2.isEmpty() ? 0 : stack2.pop();
            int sum = v1 + v2 + carry;
            ListNode node = new ListNode(sum % 10);
            node.next = dummy.next;
            dummy.next = node;
            carry = sum / 10;
        }
        return dummy.next;
    }
};

10、分割链表

Example 1:

Input: 
root = [1, 2, 3], k = 5
Output: [[1],[2],[3],[],[]]
Explanation:
The input and each element of the output are ListNodes, not arrays.
For example, the input root has root.val = 1, root.next.val = 2, \root.next.next.val = 3, and root.next.next.next = null.
The first element output[0] has output[0].val = 1, output[0].next = null.
The last element output[4] is null, but it's string representation as a ListNode is [].
 

Example 2:

Input: 
root = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10], k = 3
Output: [[1, 2, 3, 4], [5, 6, 7], [8, 9, 10]]
Explanation:
The input has been split into consecutive parts with size difference at most 1, and earlier parts are a larger size than the later parts.

分析：

题目描述：把链表分隔成 k 部分，每部分的长度都应该尽可能相同，排在前面的长度应该大于等于后面的。

我们要知道每个部分结点的个数，才能将整个链表断开成子链表，所以我们首先要统计链表中结点的总个数，然后除以 k，得到的商就是能分成的部分个数，余数就是包含有多余的结点的子链表的个数。

开始 for 循环，循环的结束条件是 i 小于 k 且 root 存在，要生成 k 个子链表，在循环中，先把头结点加入结果 res 中对应的位置，然后就要遍历该子链表的结点个数了。

首先每个子链表都一定包含有 n 个结点，这是之前除法得到的商，然后还要有没有多余结点，如果 i 小于 m，就说明当前子链表还得有一个多余结点，然后将指针向后移动一位，要注意的是，这里的 j 是从 1 开始，因为要移动到子链表的最后一个结点上，而不是移动到下一个子链表的首结点。

新建一个临时结点 t 指向下一个结点，也就是下一个子链表的首结点，然后将链表断开，再将 root 指向临时结点 t，这样就完成了断开链表的操作。

参考代码：

class Solution {
public:
    vector<ListNode*> splitListToParts(ListNode* root, int k) {
        vector<ListNode*> res(k);
        int len = 0;
        for (ListNode* t = root; t; t = t->next) ++len;
        int n = len / k, m = len % k;
        for (int i = 0; i < k && root; ++i) {
            res[i] = root;
            for (int j = 1; j < n + (i < m); ++j) {
                root = root->next;
            }
            ListNode* t = root->next;
            root->next = nullptr;
            root = t;
        }
        return res;
    }
};

今天的分享就到这里了，希望大家能经常动手写写代码，毕竟纸上得来终觉浅，得知此事要躬行。

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