算法基础--第四章--链表
-- 链表问题对于笔试和面试阶段的解题方法论
-- 常见的链表面试题目
-- 利用快慢指针
-- 哈希表和有序表在使用层次上的简单介绍
1.用数组结构实现大小固定的队列和栈
栈：
加数index加，弹出减
队列：
public class Code_01_Array_To_Stack_Queue {
public static class ArrayStack {
private Integer[] arr;
private Integer size;
public ArrayStack(int initSize) {
if (initSize < 0) {
throw new IllegalArgumentException("The init size is less than 0");
}
arr = new Integer[initSize];
size = 0;
}
public Integer peek() {
if (size == 0) {
return null;
}
return arr[size - 1];
}
public void push(int obj) {
if (size == arr.length) {
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("The queue is full");
}
arr[size++] = obj;
}
public Integer pop() {
if (size == 0) {
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("The queue is empty");
}
return arr[--size];
}
}
public static class ArrayQueue {
private Integer[] arr;
private Integer size;
private Integer first;
private Integer last;
public ArrayQueue(int initSize) {
if (initSize < 0) {
throw new IllegalArgumentException("The init size is less than 0");
}
arr = new Integer[initSize];
size = 0;
first = 0;
last = 0;
}
public Integer peek() {
if (size == 0) {
return null;
}
return arr[first];
}
public void push(int obj) {
if (size == arr.length) {
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("The queue is full");
}
size++;
arr[last] = obj;
last = last == arr.length - 1 ? 0 : last + 1;
}
public Integer poll() {
if (size == 0) {
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("The queue is empty");
}
size--;
int tmp = first;
first = first == arr.length - 1 ? 0 : first + 1;
return arr[tmp];
}
}
public static void main(String[] args) {
}
}
2.实现一个特殊的栈，在实现栈的基本功能的基础上，再实现返回栈中最小元素的操作。
【要求】
1．pop、push、getMin操作的时间复杂度都是O(1)。
2．设计的栈类型可以使用现成的栈结构。
package class_03;
import java.util.Stack;
public class Code_02_GetMinStack {
public static class MyStack1 {
private Stack<Integer> stackData;
private Stack<Integer> stackMin;
public MyStack1() {
this.stackData = new Stack<Integer>();
this.stackMin = new Stack<Integer>();
}
public void push(int newNum) {
if (this.stackMin.isEmpty()) {
this.stackMin.push(newNum);
} else if (newNum <= this.getmin()) {
this.stackMin.push(newNum);
}
this.stackData.push(newNum);
}
public int pop() {
if (this.stackData.isEmpty()) {
throw new RuntimeException("Your stack is empty.");
}
int value = this.stackData.pop();
if (value == this.getmin()) {
this.stackMin.pop();
}
return value;
}
public int getmin() {
if (this.stackMin.isEmpty()) {
throw new RuntimeException("Your stack is empty.");
}
return this.stackMin.peek();
}
}
public static class MyStack2 {
private Stack<Integer> stackData;
private Stack<Integer> stackMin;
public MyStack2() {
this.stackData = new Stack<Integer>();
this.stackMin = new Stack<Integer>();
}
public void push(int newNum) {
if (this.stackMin.isEmpty()) {
this.stackMin.push(newNum);
} else if (newNum < this.getmin()) {
this.stackMin.push(newNum);
} else {
int newMin = this.stackMin.peek();
this.stackMin.push(newMin);
}
this.stackData.push(newNum);
}
public int pop() {
if (this.stackData.isEmpty()) {
throw new RuntimeException("Your stack is empty.");
}
this.stackMin.pop();
return this.stackData.pop();
}
public int getmin() {
if (this.stackMin.isEmpty()) {
throw new RuntimeException("Your stack is empty.");
}
return this.stackMin.peek();
}
}
public static void main(String[] args) {
MyStack1 stack1 = new MyStack1();
stack1.push(3);
System.out.println(stack1.getmin());
stack1.push(4);
System.out.println(stack1.getmin());
stack1.push(1);
System.out.println(stack1.getmin());
System.out.println(stack1.pop());
System.out.println(stack1.getmin());
System.out.println("=============");
MyStack1 stack2 = new MyStack1();
stack2.push(3);
System.out.println(stack2.getmin());
stack2.push(4);
System.out.println(stack2.getmin());
stack2.push(1);
System.out.println(stack2.getmin());
System.out.println(stack2.pop());
System.out.println(stack2.getmin());
}
}
3.如何仅用队列结构实现栈结构？
如何仅用栈结构实现队列结构？
2个队列实现栈
2个栈实现队列
package class_03;
import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;
import java.util.Stack;
public class Code_03_StackAndQueueConvert {
public static class TwoStacksQueue {
private Stack<Integer> stackPush;
private Stack<Integer> stackPop;
public TwoStacksQueue() {
stackPush = new Stack<Integer>();
stackPop = new Stack<Integer>();
}
public void push(int pushInt) {
stackPush.push(pushInt);
}
public int poll() {
if (stackPop.empty() && stackPush.empty()) {
throw new RuntimeException("Queue is empty!");
} else if (stackPop.empty()) {
while (!stackPush.empty()) {
stackPop.push(stackPush.pop());
}
}
return stackPop.pop();
}
public int peek() {
if (stackPop.empty() && stackPush.empty()) {
throw new RuntimeException("Queue is empty!");
} else if (stackPop.empty()) {
while (!stackPush.empty()) {
stackPop.push(stackPush.pop());
}
}
return stackPop.peek();
}
}
public static class TwoQueuesStack {
private Queue<Integer> queue;
private Queue<Integer> help;
public TwoQueuesStack() {
queue = new LinkedList<Integer>();
help = new LinkedList<Integer>();
}
public void push(int pushInt) {
queue.add(pushInt);
}
public int peek() {
if (queue.isEmpty()) {
throw new RuntimeException("Stack is empty!");
}
while (queue.size() != 1) {
help.add(queue.poll());
}
int res = queue.poll();
help.add(res);
swap();
return res;
}
public int pop() {
if (queue.isEmpty()) {
throw new RuntimeException("Stack is empty!");
}
while (queue.size() > 1) {
help.add(queue.poll());
}
int res = queue.poll();
swap();
return res;
}
private void swap() {
Queue<Integer> tmp = help;
help = queue;
queue = tmp;
}
}
}
4.猫狗队列【题目】宠物、狗和猫的类如下：
public class Pet { private String type;
public Pet(String type) { this.type = type; }
public String getPetType() { return this.type; }
}
public class Dog extends Pet { public Dog() { super("dog"); } }
public class Cat extends Pet { public Cat() { super("cat"); } }
实现一种狗猫队列的结构，要求如下：用户可以调用add方法将cat类或dog类的实例放入队列中；用户可以调用pollAll方法，将队列中所有的实例按照进队列的先后顺序依次弹出；用户可以调用pollDog方法，将队列中dog类的实例按照进队列的先后顺序依次弹出；用户可以调用pollCat方法，将队列中cat类的实例按照进队列的先后顺序依次弹出；用户可以调用isEmpty方法，检查队列中是否还有dog或cat的实例；用户可以调用isDogEmpty方法，检查队列中是否有dog类的实例；用户可以调用isCatEmpty方法，检查队列中是否有cat类的实例。
package class_03;
import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;
public class Code_04_DogCatQueue {
public static class Pet {
private String type;
public Pet(String type) {
this.type = type;
}
public String getPetType() {
return this.type;
}
}
public static class Dog extends Pet {
public Dog() {
super("dog");
}
}
public static class Cat extends Pet {
public Cat() {
super("cat");
}
}
public static class PetEnterQueue {
private Pet pet;
private long count;
public PetEnterQueue(Pet pet, long count) {
this.pet = pet;
this.count = count;
}
public Pet getPet() {
return this.pet;
}
public long getCount() {
return this.count;
}
public String getEnterPetType() {
return this.pet.getPetType();
}
}
public static class DogCatQueue {
private Queue<PetEnterQueue> dogQ;
private Queue<PetEnterQueue> catQ;
private long count;
public DogCatQueue() {
this.dogQ = new LinkedList<PetEnterQueue>();
this.catQ = new LinkedList<PetEnterQueue>();
this.count = 0;
}
public void add(Pet pet) {
if (pet.getPetType().equals("dog")) {
this.dogQ.add(new PetEnterQueue(pet, this.count++));
} else if (pet.getPetType().equals("cat")) {
this.catQ.add(new PetEnterQueue(pet, this.count++));
} else {
throw new RuntimeException("err, not dog or cat");
}
}
public Pet pollAll() {
if (!this.dogQ.isEmpty() && !this.catQ.isEmpty()) {
if (this.dogQ.peek().getCount() < this.catQ.peek().getCount()) {
return this.dogQ.poll().getPet();
} else {
return this.catQ.poll().getPet();
}
} else if (!this.dogQ.isEmpty()) {
return this.dogQ.poll().getPet();
} else if (!this.catQ.isEmpty()) {
return this.catQ.poll().getPet();
} else {
throw new RuntimeException("err, queue is empty!");
}
}
public Dog pollDog() {
if (!this.isDogQueueEmpty()) {
return (Dog) this.dogQ.poll().getPet();
} else {
throw new RuntimeException("Dog queue is empty!");
}
}
public Cat pollCat() {
if (!this.isCatQueueEmpty()) {
return (Cat) this.catQ.poll().getPet();
} else
throw new RuntimeException("Cat queue is empty!");
}
public boolean isEmpty() {
return this.dogQ.isEmpty() && this.catQ.isEmpty();
}
public boolean isDogQueueEmpty() {
return this.dogQ.isEmpty();
}
public boolean isCatQueueEmpty() {
return this.catQ.isEmpty();
}
}
public static void main(String[] args) {
DogCatQueue test = new DogCatQueue();
Pet dog1 = new Dog();
Pet cat1 = new Cat();
Pet dog2 = new Dog();
Pet cat2 = new Cat();
Pet dog3 = new Dog();
Pet cat3 = new Cat();
test.add(dog1);
test.add(cat1);
test.add(dog2);
test.add(cat2);
test.add(dog3);
test.add(cat3);
test.add(dog1);
test.add(cat1);
test.add(dog2);
test.add(cat2);
test.add(dog3);
test.add(cat3);
test.add(dog1);
test.add(cat1);
test.add(dog2);
test.add(cat2);
test.add(dog3);
test.add(cat3);
while (!test.isDogQueueEmpty()) {
System.out.println(test.pollDog().getPetType());
}
while (!test.isEmpty()) {
System.out.println(test.pollAll().getPetType());
}
}
}
5.
转圈打印矩阵
【题目】给定一个整型矩阵matrix，请按照转圈的方式打印它。
例如：1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 打印结果为：1，2，3，4，8，12，16，15，14，13，9，5，6，7，11，10
【要求】额外空间复杂度为O(1)。
左上角 右上角
6.
旋转正方形矩阵
【题目】给定一个整型正方形矩阵matrix，请把该矩阵调整成顺时针旋转90度的样子。
【要求】额外空间复杂度为O(1)。
1 4 16 13 | 2 8 15 9 |3
package class_03;
public class Code_05_RotateMatrix {
public static void rotate(int[][] matrix) {
int tR = 0;
int tC = 0;
int dR = matrix.length - 1;
int dC = matrix[0].length - 1;
while (tR < dR) {
rotateEdge(matrix, tR++, tC++, dR--, dC--);
}
}
public static void rotateEdge(int[][] m, int tR, int tC, int dR, int dC) {
int times = dC - tC;
int tmp = 0;
for (int i = 0; i != times; i++) {
tmp = m[tR][tC + i];
m[tR][tC + i] = m[dR - i][tC];
m[dR - i][tC] = m[dR][dC - i];
m[dR][dC - i] = m[tR + i][dC];
m[tR + i][dC] = tmp;
}
}
public static void printMatrix(int[][] matrix) {
for (int i = 0; i != matrix.length; i++) {
for (int j = 0; j != matrix[0].length; j++) {
System.out.print(matrix[i][j] + " ");
}
System.out.println();
}
}
public static void main(String[] args) {
int[][] matrix = { { 1, 2, 3, 4 }, { 5, 6, 7, 8 }, { 9, 10, 11, 12 },
{ 13, 14, 15, 16 } };
printMatrix(matrix);
rotate(matrix);
System.out.println("=========");
printMatrix(matrix);
}
}
7.
反转单向和双向链表
【题目】分别实现反转单向链表和反转双向链表的函数。
【要求】如果链表长度为N，时间复杂度要求为O(N)，额外空间复杂度要求为O(1)
package class_03;
public class Code_07_ReverseList {
public static class Node {
public int value;
public Node next;
public Node(int data) {
this.value = data;
}
}
public static Node reverseList(Node head) {
Node pre = null;
Node next = null;
while (head != null) {
next = head.next;
head.next = pre;
pre = head;
head = next;
}
return pre;
}
public static class DoubleNode {
public int value;
public DoubleNode last;
public DoubleNode next;
public DoubleNode(int data) {
this.value = data;
}
}
public static DoubleNode reverseList(DoubleNode head) {
DoubleNode pre = null;
DoubleNode next = null;
while (head != null) {
next = head.next;
head.next = pre;
head.last = next;
pre = head;
head = next;
}
return pre;
}
public static void printLinkedList(Node head) {
System.out.print("Linked List: ");
while (head != null) {
System.out.print(head.value + " ");
head = head.next;
}
System.out.println();
}
public static void printDoubleLinkedList(DoubleNode head) {
System.out.print("Double Linked List: ");
DoubleNode end = null;
while (head != null) {
System.out.print(head.value + " ");
end = head;
head = head.next;
}
System.out.print("| ");
while (end != null) {
System.out.print(end.value + " ");
end = end.last;
}
System.out.println();
}
public static void main(String[] args) {
Node head1 = new Node(1);
head1.next = new Node(2);
head1.next.next = new Node(3);
printLinkedList(head1);
head1 = reverseList(head1);
printLinkedList(head1);
DoubleNode head2 = new DoubleNode(1);
head2.next = new DoubleNode(2);
head2.next.last = head2;
head2.next.next = new DoubleNode(3);
head2.next.next.last = head2.next;
head2.next.next.next = new DoubleNode(4);
head2.next.next.next.last = head2.next.next;
printDoubleLinkedList(head2);
printDoubleLinkedList(reverseList(head2));
}
}
8.
“之”字形打印矩阵
【题目】给定一个矩阵matrix，按照“之”字形的方式打印这个矩阵，例如：1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
“之”字形打印的结果为：1，2，5，9，6，3，4，7，10，11，8，12
【要求】额外空间复杂度为O(1)。
package class_03;
public class Code_08_ZigZagPrintMatrix {
public static void printMatrixZigZag(int[][] matrix) {
int tR = 0;
int tC = 0;
int dR = 0;
int dC = 0;
int endR = matrix.length - 1;
int endC = matrix[0].length - 1;
boolean fromUp = false;
while (tR != endR + 1) {
printLevel(matrix, tR, tC, dR, dC, fromUp);
tR = tC == endC ? tR + 1 : tR;
tC = tC == endC ? tC : tC + 1;
dC = dR == endR ? dC + 1 : dC;
dR = dR == endR ? dR : dR + 1;
fromUp = !fromUp;
}
System.out.println();
}
public static void printLevel(int[][] m, int tR, int tC, int dR, int dC,
boolean f) {
if (f) {
while (tR != dR + 1) {
System.out.print(m[tR++][tC--] + " ");
}
} else {
while (dR != tR - 1) {
System.out.print(m[dR--][dC++] + " ");
}
}
}
public static void main(String[] args) {
int[][] matrix = { { 1, 2, 3, 4 }, { 5, 6, 7, 8 }, { 9, 10, 11, 12 } };
printMatrixZigZag(matrix);
}
}
9.
在行列都排好序的矩阵中找数(数据状况特殊）
【题目】给定一个有N*M的整型矩阵matrix和一个整数K，matrix的每一行和每一列都是排好序的。实现一个函数，判断K
是否在matrix中。例如：0 1 2 5 2 3 4 7 4 4 4 8 5 7 7 9 如果K为7，返回true；如果K为6，返回false。
【要求】时间复杂度为O(N+M)，额外空间复杂度为O(1)。
10.
打印两个有序链表的公共部分
【题目】给定两个有序链表的头指针head1和head2，打印两个链表的公共部分。
11
判断一个链表是否为回文结构
【题目】给定一个链表的头节点head，请判断该链表是否为回文结构。例如：1->2->1，返回true。1->2->2->1，返回true。
15->6->15，返回true。1->2->3，返回false。
进阶：如果链表长度为N，时间复杂度达到O(N)，额外空间复杂度达到O(1)
12
将单向链表按某值划分成左边小、中间相等、右边大的形式
【题目】给定一个单向链表的头节点head，节点的值类型是整型，再给定一个整数pivot。实现一个调整链表的函数，将链表调整为左部分都是值小于pivot的节点，中间部分都是值等于pivot的节点，右部分都是值大于pivot的节点。除这个要求外，对调整后的节点顺序没有更多的要求。例如：链表9->0->4->5->1，pivot=3。调整后链表可以是1->0->4->9->5，也可以是0->1->9->5->4。总之，满足左部分都是小于3的节点，中间部分都是等于3的节点（本例中这个部分为空），右部分都是大于3的节点即可。对某部分内部的节点顺序不做要求。
进阶：在原问题的要求之上再增加如下两个要求。
在左、中、右三个部分的内部也做顺序要求，要求每部分里的节点从左到右的顺序与原链表中节点的先后次序一致。例如：链表9->0->4->5->1，pivot=3。调整后的链表是0->1->9->4->5。在满足原问题要求的同时，左部分节点从左到右为0、1。在原链表中也是先出现0，后出现1；中间部分在本例中为空，不再讨论；右部分节点从左到右为9、4、5。在原链表中也是先出现9，然后出现4，最后出现5。
如果链表长度为N，时间复杂度请达到O(N)，额外空间复杂度请达到O(1)。
13.
复制含有随机指针节点的链表
【题目】一种特殊的链表节点类描述如下：
public class Node { public int value; public Node next; public
Node rand;
public Node(int data) { this.value = data; }
}
Node类中的value是节点值，next指针和正常单链表中next指针的意义一样，都指向下一个节点，rand指针是Node类中新增的指针，这个指针可能指向链表中的任意一个节点，也可能指向null。给定一个由Node节点类型组成的无环单链表的头节点head，请实现一个函数完成这个链表中所有结构的复制，并返回复制的新链表的头节点。进阶：不使用额外的数据结构，只用有限几个变量，且在时间复杂度为O(N)内完成原问题要实现的函数。
1、哈希表
2.
.
14.
两个单链表相交的一系列问题
【题目】在本题中，单链表可能有环，也可能无环。给定两个单链表的头节点head1和head2，这两个链表可能相交，也可能
不相交。请实现一个函数，如果两个链表相交，请返回相交的第一个节点；如果不相交，返回null 即可。要求：如果链表1的长度为N，链表2的长度为M，时间复杂度请达到O(N+M)，额外空间复杂度请达到O(1)
1.是否有环
哈希 是否出现
不用哈希 :快指针，慢指针 相遇后快指针回去开头走一步会与慢指针在第一个入环节点处相遇
2,2个都无环相交节点
哈希： 1放2查
不用：遍历1的长度，最后一个节点， 遍历2 长度，最后一个节点 比较end的内存节点
3.一个有环 一个无环 不可能
4.两个有环
15
二分的小扩展