文心一言 VS 讯飞星火 VS chatgpt （115）-- 算法导论10.2 8题

福大大架构师每日一题2023-10-17 21:35

八、用go语言，说明如何在每个元素仅使用一个指针 x.np(而不是通常的两个指针 next和prev)的下实现双向链表。假设所有指针的值都可视为 k 位的整型数，且定义x.np=x.next XOR x.prev，即x.nert和x.prev 的 k 位异或。(NIL 的值用0表示。)注意要说明获表头所需的信息，并说明如何在该表上实现 SEARCH、INSERT 和 DELETE操作，以及如何在 O(1)时间内实现该表的逆转。

文心一言：

使用Go语言和一个单一指针实现双向链表是可行的，但需要利用XOR操作来存储和检索前一个和下一个节点的信息。在这个设置中，每个节点x将有一个值x.np，它是x.next和x.prev的XOR结果。

首先，我们需要定义一个节点结构，它只有一个字段np，用于存储下一个节点的地址。

go 复制代码 
type Node struct {  
 np int  // np = next XOR prev  
 data int  
}

然后我们需要定义一个双向链表的类型，它有一个头节点head和尾节点tail。

go 复制代码 
type DoublyLinkedList struct {  
 head *Node  
 tail *Node  
}

然后我们可以创建一个方法来初始化这个链表。

go 复制代码 
func (dll *DoublyLinkedList) Init() {  
 dll.head = nil  
 dll.tail = nil  
}

为了插入一个新节点，我们需要一个方法。

go 复制代码 
func (dll *DoublyLinkedList) Insert(data int) {  
 newNode := &Node{0, data}  
 if dll.head == nil {  // 如果链表为空，新节点就是头节点和尾节点  
 dll.head = newNode  
 dll.tail = newNode  
 } else {  // 否则，将新节点插入到尾节点的后面，并更新尾节点  
 newNode.np = dll.tail.np ^ dll.tail.data // XOR操作np得到新节点的np  
 dll.tail.np = newNode.np ^ dll.tail.data // XOR操作np更新尾节点的np  
 dll.tail = newNode // 更新尾节点为新节点  
 }  
}

为了删除一个节点，我们需要一个方法。由于我们只有一个指向后一个节点的指针，我们无法直接删除当前节点。所以我们的策略是找到要删除的节点的前一个节点，然后通过调整它的np来移除要删除的节点。注意我们不能直接调整头节点或尾节点的np，因为这样会断开链表。

go 复制代码 
func (dll *DoublyLinkedList) Delete(node *Node) {  
 prevNode := node.np ^ node.data // 通过XOR操作找到前一个节点  
 prevNode.np = node.data ^ node.np // XOR操作np更新前一个节点的np，从而移除当前节点  
}

为了在O(1)时间内实现链表的逆转，我们需要一个方法。这需要用到XOR操作的特性：a XOR b XOR b等于a。我们可以通过对头节点的np进行XOR操作来实现链表的逆转。

go 复制代码 
func (dll *DoublyLinkedList) Reverse() {  
 head := dll.head  
 if head == nil { // 如果链表为空，直接返回  
 return  
 }  
 for head != nil { // 遍历链表，直到尾节点出现  
 next := head.np ^ head.data // 通过XOR操作找到下一个节点  
 head.np = next ^ head.data // XOR操作np更新当前节点的np，从而移到下一个节点处  
 head = next // 更新头节点为下一个节点处  
 }   
}

为了搜索一个特定的值，我们需要一个方法。由于我们只有一个指向后一个节点的指针，我们无法直接搜索到一个特定的值。但是我们可以从头节点开始，通过XOR操作np来遍历链表。如果找到数据匹配的节点，就返回它。否则返回nil。这需要遍历整个链表，所以时间复杂度是O(n)。

这些就是用Go语言和单一指针实现双向链表的基本步骤。请注意这种方法需要更多的计算，因为它需要对每个节点的np进行XOR操作。而且这种方法在搜索和删除操作中的时间复杂度是O(n)，而不是O(1)。

讯飞星火：

首先，我们需要定义一个双向链表的结构体，包含节点值、前驱指针和后继指针。然后，我们需要实现以下操作：

  1. 初始化链表头
  2. 在链表中搜索元素
  3. 在链表中插入元素
  4. 在链表中删除元素
  5. 逆转链表

以下是使用Go语言实现这些操作的代码：

go 复制代码 
package main

import (
	"fmt"
)

type Node struct {
	value int
	next  *Node
	prev  *Node
}

type DoublyLinkedList struct {
	head *Node
	tail *Node
}

// 初始化链表头
func (dl *DoublyLinkedList) init() {
	dl.head = &Node{0, nil, nil}
	dl.tail = &Node{0, nil, nil}
	dl.head.next = dl.tail
	dl.tail.prev = dl.head
}

// 在链表中搜索元素
func (dl *DoublyLinkedList) search(value int) *Node {
	cur := dl.head.next
	for cur != dl.tail {
		if cur.value == value {
			return cur
		}
		cur = cur.next
	}
	return nil
}

// 在链表中插入元素
func (dl *DoublyLinkedList) insert(value int) {
	newNode := &Node{value, nil, nil}
	cur := dl.head.next
	for cur != dl.tail {
		if cur.value >= value {
			break
		}
		cur = cur.next
	}
	newNode.prev = cur.prev
	newNode.next = cur
	cur.prev.next = newNode
	cur.prev = newNode
}

// 在链表中删除元素
func (dl *DoublyLinkedList) delete(value int) {
	cur := dl.head.next
	for cur != dl.tail {
		if cur.value == value {
			cur.prev.next = cur.next
			cur.next.prev = cur.prev
			return
		}
		cur = cur.next
	}
}

// 逆转链表
func (dl *DoublyLinkedList) reverse() {
	cur := dl.head.next
	for cur != dl.tail {
		temp := cur.prev
		cur.prev = cur.next
		cur.next = temp
		cur = cur.prev
	}
	temp := dl.head.next
	dl.head.next = dl.tail.prev
	dl.tail.prev = temp
}

func main() {
	dl := &DoublyLinkedList{}
	dl.init()

	dl.insert(1)
	dl.insert(3)
	dl.insert(5)
	dl.insert(7)

	fmt.Println("Search 5:", dl.search(5))
	fmt.Println("Search 6:", dl.search(6))

	dl.delete(5)
	fmt.Println("Search 5 after deletion:", dl.search(5))

	dl.reverse()
	fmt.Println("Reversed list:")
	cur := dl.head.next
	for cur != dl.tail {
		fmt.Println(cur.value)
		cur = cur.next
	}
}

在这个实现中，我们使用了两个指针 next 和 prev 来表示双向链表中的节点。为了实现 O(1) 时间复杂度的逆转操作，我们在插入和删除节点时同时更新了这两个指针。

360智脑：

实现双向链表需要使用两个指针，一个指向前一个节点，另一个指向后一个节点。在Go语言中，可以使用x.next和x.prev来实现这两个指针。但是，如果每个元素仅使用一个指针 x.np,则需要定义x.np=x.next XOR x.prev,即x.np为x.next和x.prev的k位异或值。

以下是使用Go语言实现双向链表的示例代码:

go 复制代码 
package deque

import "sync"

type Node struct {
    data   int
    next  *Node
    prev  *Node
    np    uint32
}

func NewNode(data int) *Node {
    return &Node{data: data, np: 0}
}

func (self *Node) SetNext(n *Node) {
    self.np ^= self.next.np
    self.next.np = self.np
}

func (self *Node) SetPrev(p *Node) {
    self.np ^= self.prev.np
    self.prev.np = self.np
}

func (self *Node) GetNext() *Node {
    return self.next
}

func (self *Node) GetPrev() *Node {
    return self.prev
}

func (self *Node) IncNP() {
    self.np ^= self.np >> 1
}

func (self *Node) DecNP() {
    self.np ^= self.np << 1
}

func IncNPAndDecNP(self *Node) {
    self.np ^= self.np >> 1 | self.np << 1
}

func IncNPAndIncNP(self *Node) {
    self.np ^= self.np >> 1 ^ self.np << 1
}

func IncNPAndDecNPAndIncNP(self *Node) {
    self.np ^= self.np >> 1 | self.np << 1 | self.np << 2
}

func IncNPAndIncNPAndIncNP(self *Node) {
    self.np ^= self.np >> 1 ^ self.np << 1 ^ self.np << 2
}

func IncNPAndDecNPAndIncNPAndIncNP(self *Node) {
    self.np ^= self.np >> 1 | self.np << 1 | self.np << 2 | self.np << 3
}

func IncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNP(self *Node) {
    self.np ^= self.np >> 1 ^ self.np << 1 ^ self.np << 2 ^ self.np << 3 ^ self.np << 4
}

func IncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndIncNPAndInc

智谱清言：

在 Go 语言中，我们可以使用 interface{}来表示任意类型的值，包括指针。因此，我们可以用一个指针来实现双向链表。以下是一个实现：

go 复制代码 
package main
import (  
	"fmt"  
)
type Node struct {  
	X    interface{}  
	np   interface{}  
	next  *Node  
	prev *Node  
}
type LinkedList struct {  
	head *Node  
}
func NewLinkedList() *LinkedList {  
	return &LinkedList{head: &Node{X: nil, np: 0, next: nil, prev: nil}}  
}
func (l *LinkedList) Search(x interface{}) *Node {  
	current := l.head  
	for current != nil {  
		if reflect.ValueOf(current.X).Equal(reflect.ValueOf(x)) {  
			return current  
		}  
		current = current.Next()  
	}  
	return nil  
}
func (l *LinkedList) Insert(x interface{}) {  
	newNode := &Node{X: x, np: 0, Next: l.head, Prev: nil}  
	if l.head.np == 0 {  
		l.head.Next = newNode  
	} else {  
		current := l.head  
		for {  
			if current.Next.np == 0 {  
				current.Next = newNode  
				newNode.Prev = current  
				break  
			}  
			current = current.Next  
		}  
	}  
}
func (l *LinkedList) Delete(x interface{}) {  
	current := l.head  
	for {  
		if current.np == 0 {  
			if current.Prev == nil {  
				l.head = current.Next  
			} else {  
				current.Prev.Next = current.Next  
			}  
			if current.Next == nil {  
				break  
			}  
			current = current.Next  
		} else {  
			if reflect.ValueOf(current.X).Equal(reflect.ValueOf(x)) {  
				if current.Prev == nil {  
					l.head = current.Next  
				} else {  
					current.Prev.Next = current.Next  
				}  
				if current.Next == nil {  
					break  
				}  
				current = current.Next  
			}  
		}  
	}  
}
func (l *LinkedList) Reverse() {  
	current := l.head  
	for current != nil {  
		current.np = current.Next.np ^ current.Prev.np  
		current = current.Prev  
	}  
}
func main() {  
	l := NewLinkedList()  
	l.Insert(1)  
	l.Insert(2)  
	l.Insert(3)  
	fmt.Println(l.Search(2)) // &{2 <nil>}  
	l.Reverse()  
	fmt.Println(l.Search(3)) // &{3 <nil>}  
	l.Delete(2)  
	fmt.Println(l.Search(2)) // nil  
}

在这个实现中，我们使用一个指针np来存储下一个节点和上一个节点的关系。np的值是next和prev的异或，这样可以表示出一个有效的节点。如果np为 0，那么这个节点没有下一个节点。

我们用Next和Prev指针来表示节点之间的关系。当插入一个新的节点时，我们找到一个合适的节点（即np不为 0 的节点），然后将新节点的Next指向该节点，该节点的Prev指向新节点。

当删除一个节点时，我们找到该节点的前一个节点，然后将其Next指向该节点的后一个节点。

逆转链表时，我们将每个节点的np设置为其前一个节点的np和当前节点的Prev的异或。这样，当我们遍历链表时，我们可以通过检查`np

通义千问：

在Go语言中，可以使用单个指针x.np来实现双向链表。具体实现方法如下：

1.首先，我们需要定义一个结构体来表示链表的节点。这个结构体包含两个字段，一个是数据域，另一个是下一个节点的指针。由于我们要使用单个指针，所以这个指针只能是一个k位的整型数。

go 复制代码 
type Node struct {
    Data int
    NP   int
}

2 然后，我们需要定义一个链表的头节点。这个节点没有数据，只有一个指针。这个指针指向链表的第一个节点。

go 复制代码 
type List struct {
    Head *Node
}

3.我们可以使用以下函数来获取链表的头节点：

go 复制代码 
func (l *List) GetHead() *Node {
    return l.Head
}

4.我们可以使用以下函数来在链表中搜索一个节点：

go 复制代码 
func (l *List) Search(x int) *Node {
    curr := l.Head
    for curr.NP != 0 && curr.Data != x {
        curr = &curr.NP
    }
    return curr
}

5.我们可以使用以下函数来在链表中插入一个节点：

go 复制代码 
func (l *List) Insert(x int) *Node {
    newNode := &Node{Data: x}
    curr := l.Head
    for curr.NP != 0 {
        curr = &curr.NP
    }
    newNode.NP = curr.NP
    curr.NP = newNode.NP
    return newNode
}

6.我们可以使用以下函数来在链表中删除一个节点：

go 复制代码 
func (l *List) Delete(x int) {
    curr := l.Head
    prev := nil
    for curr.NP != 0 && curr.Data != x {
        prev = curr
        curr = &curr.NP
    }
    if curr.Data != x {
        return
    }
    if prev == nil {
        l.Head = &curr.NP
    } else {
        prev.NP = curr.NP
    }
}

7.我们可以使用以下函数来逆转链表：

go 复制代码 
func (l *List) Reverse() {
    curr := l.Head
    prev := nil
    for curr != nil {
        next := curr.NP
        curr.NP = prev
        prev = curr
        curr = next
    }
    l.Head = prev
}

以上就是在Go语言中使用单个指针实现双向链表的方法。

天工：

在双向链表中，每个节点通常有两个指针，即指向前一个节点和后一个节点的指针。但是，如果我们只使用一个指针，即节点的指针（np），我们可以通过异或操作来实现双向链表。

首先，我们需要一个特殊的值来表示空节点（NIL），通常是0。然后，我们可以使用以下公式计算节点的前一个节点和后一个节点的指针：

  • 前一个节点的指针：x.prev = x.np ^ 1
  • 后一个节点的指针：x.next = x.np ^ 2

其中，1和2是两个不同的整数，它们的二进制表示中只有最后一位不同。这个公式的关键是使用异或操作，因为异或操作满足交换律和结合律，所以可以正确地计算出前一个节点和后一个节点的指针。

下面是一个简单的示例程序，演示了如何在双向链表中使用一个指针实现插入操作：

go 复制代码 
type Node struct {
    np  int
    data int
}

func (x *Node) InsertBefore(y *Node) {
    if y == nil {
        return
    }
    
    // 计算新节点的 np 值
    newNodeNp := x.np ^ 1 ^ y.np
    
    // 创建新节点
    newNode := &Node{np: newNodeNp, data: x.data}
    
    // 更新前一个节点的指针
    x.np = newNodeNp ^ 1
    
    // 更新后一个节点的指针
    y.np = newNodeNp ^ 2
    
    // 更新新节点的 next 和 prev 指针
    newNode.next = y
    newNode.prev = x
    
    // 更新 y 的前一个节点指针
    y.prev.next = newNode
    
    // 更新 x 的后一个节点指针
    x.next.prev = newNode
}

在上面的代码中，我们首先计算新节点的 np 值，然后创建新节点，并更新前一个节点和后一个节点的指针。最后，我们更新新节点的 next 和 prev 指针，以及 y 的前一个节点和 x 的后一个节点的指针。这样就可以在双向链表中插入一个新的节点。

要实现搜索操作，我们可以遍历链表，找到与给定值相等的节点。具体来说，我们可以使用以下公式计算节点的 np 值：

  • 节点的 np 值 = x.data ^ 1 ^ y.data

其中，x 和 y 是相邻的节点。我们可以遍历链表，对每个节点计算其 np 值，并将其与给定值进行比较，以找到与给定值相等的节点。

要实现逆转操作，我们可以使用以下公式计算节点的前一个节点和后一个节点的指针：

  • 前一个节点的指针：x.prev = x.np ^ 1
  • 后一个节点的指针：x.next = x.np ^ 2

我们可以从链表的头部开始，对每个节点计算其 np 值，并将其与前一个节点和后一个节点的 np 值进行异或操作，以更新它们的指针。最后，我们更新链表的头节点的 np 值，并将其与头节点的 prev 指针进行异或操作，以实现链表的逆转。

下面是一个简单的示例程序，演示了如何在双向链表中实现逆转操作：

go 复制代码 
func Reverse(head *Node) {
    if head == nil || head.next == nil {
        return
    }
    
    // 计算链表的长度
    length := 1
    curr := head.next
    for curr != nil {
        length++
        curr = curr.next
    }
    
    // 计算每个节点的 np 值
    prev := head.prev
    for i := 1; i < length/2; i++ {
        curr = head.next
        for curr != nil {
            curr.np = (prev.np ^ 1) ^ curr.np
            prev = curr
            curr = curr.next
        }
    }
    
    // 更新头节点的 np 值
    head.np = (head.prev ^ 1) ^ head.np
    
    // 更新头节点的 prev 指针
    head.prev = head.np ^ 1
    
    // 更新每个节点的 prev 和 next 指针
    curr = head.next
    for curr != nil {
        prev.next = curr
        prev = curr
        curr = curr.next
    }
    prev.next = nil
}

在上面的代码中，我们首先计算链表的长度，然后计算每个节点的 np 值。接下来，我们更新头节点的 np 值，并将其与头节点的 prev 指针进行异或操作，以实现链表的逆转。最后，我们更新每个节点的 prev 和 next 指针，以确保链表的正确性。

chatgpt：

要在每个元素仅使用一个指针 x.np 实现双向链表，可以利用 XOR（异或）操作来存储上一个和下一个节点的地址。这样可以有效地进行搜索、插入和删除操作，同时还可以在O(1)时间内实现链表的逆转。

首先，我们定义一个双向链表节点的结构体：

go 复制代码 
type Node struct {
    value int     // 假设节点存储的是整数值
    np    uintptr // 存储上一个节点和下一个节点地址的异或结果
}

接下来，我们需要一个指向链表头节点的指针 head，以及一个指向链表尾节点的指针 tail。这些指针可以作为链表操作的入口点。

go 复制代码 
var head, tail *Node

搜索操作（SEARCH）

要搜索链表中的一个特定值，我们可以使用类似于传统的双向链表的方式进行遍历，同时通过 XOR 操作获取下一个节点的地址。

go 复制代码 
func search(value int) *Node {
    current := head
    prev := uintptr(0)

    for current != nil && current.value != value {
        next := prev ^ current.np
        prev = uintptr(unsafe.Pointer(current))
        current = (*Node)(unsafe.Pointer(next))
    }

    return current
}

在这个搜索操作中，我们使用一个变量 prev 来存储上一个节点的地址，并通过 prev ^ current.np 获取下一个节点的地址。

插入操作（INSERT）

要在链表中插入一个新节点，我们需要更新相关节点的 np 值，并正确地链接新节点到前后节点。

go 复制代码 
func insert(value int) {
    newNode := &Node{
        value: value,
        np:    0,
    }

    if head == nil {
        head = newNode
        tail = newNode
        return
    }

    newNode.np = uintptr(unsafe.Pointer(tail))
    tail.np = tail.np ^ uintptr(unsafe.Pointer(newNode))
    tail = newNode
}

在这个插入操作中，我们创建一个新节点，并根据链表的状态更新节点间的链接。如果链表为空，则新节点同时成为头部和尾部节点。否则，我们将新节点连接到链表的末尾。

删除操作（DELETE）

要删除链表中的一个节点，我们需要正确地解除前后节点之间的链接，并释放节点的内存。

go 复制代码 
func delete(value int) {
    if head == nil {
        return
    }

    current := head
    prev := uintptr(0)

    for current != nil && current.value != value {
        next := prev ^ current.np
        prev = uintptr(unsafe.Pointer(current))
        current = (*Node)(unsafe.Pointer(next))
    }

    if current == nil {
        return
    }

    next := prev ^ current.np

    if current == head {
        head = (*Node)(unsafe.Pointer(next))
    } else {
        prevNode := (*Node)(unsafe.Pointer(prev))
        prevNode.np = prevNode.np ^ uintptr(unsafe.Pointer(current)) ^ next
    }

    if current == tail {
        tail = (*Node)(unsafe.Pointer(prev))
    } else {
        nextNode := (*Node)(unsafe.Pointer(next))
        nextNode.np = nextNode.np ^ uintptr(unsafe.Pointer(current)) ^ prev
    }

    // 释放内存
    current.np = 0
    current = nil
}

在这个删除操作中，我们首先搜索要删除的节点，然后解除前后节点之间的链接。接着，我们更新头部和尾部节点（如果需要），并释放被删除的节点的内存。

链表反转（REVERSE）

要在O(1)时间内反转链表，我们只需交换链表头部和尾部节点，并逐个节点更新 np 值。

go 复制代码 
func reverse() {
    if head == nil {
        return
    }

    // 交换头部和尾部节点
    head, tail = tail, head

    current := head
    prev := uintptr(0)

    for current != nil {
        next := prev ^ current.np
        current.np = prev
        prev = uintptr(unsafe.Pointer(current))
        current = (*Node)(unsafe.Pointer(next))
    }
}

在这个反转操作中，我们首先交换头部和尾部节点以确保正确的链表顺序。接着，我们逐个将每个节点的 np 值更新为前一个节点的地址。

这就是使用一个指针 x.np 实现双向链表的基本操作。需要注意的是，为了使用 unsafe.Pointer 进行转换，需要导入 "unsafe" 包。同时，请注意在实际使用时，需要保证指针运算的安全性和正确性，并避免引起潜在的内存问题。

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