啃算法:02自定义单向链表的翻转

这是一个经典的算法题。我们通过自定义一个链表模型,然后通过持有的头结点去翻转一个链表。比如说: 1234,翻转过来就是4321,这道题的要求是:

空间复杂度O(1),时间复杂度是O(n)

这就说明,最佳的性能上来说,变量的申请是常量个数,无论是1个还是多个,不随着n的变化而增加,时间复杂度是O(n),所以最多只能有一个循环,无论这个循环递归还是while 或者说for 循环,只能有一层。

算法的实现方式不多的,如有雷同,那一定是我抄别人的。

正文

我先来看,这个自定义的非线程安全的单向链表怎么定义的:

aidl 复制代码
    static public class ListNode {
        int val;
        ListNode next = null;

        public ListNode(int val) {
            this.val = val;
        }
    }
}

这很符合链单向链表的定义,任意的节点都持有来下一个节点的数据。我们这里就不分析内存模型啥的了。实现的思路分为两种:

  • 一种是引入一个外部的数组栈,先将数据添加到引入的对象里面去,然后通过一个循环把数据读取出来。
  • 另外一种就是计算类的了,通过循环去改变当前节点的next 节点的值而达到链表的翻转的目的。

链表的赋值与遍历

这个变量有两个值,一个是 val,一个是next,next 表示的是下一个节点。单向链表上一个节点持有下一个节点,这很符合逻辑。 我们先定义一个头节点,然后通过循环添加链表。

aidl 复制代码
        ListNode head= new ListNode(0);
        ListNode prent=head;
        for (int i=1;i<10;i++){
            ListNode body= new ListNode(i);
            prent.next=body;
            prent=body;
        }

OK,链表数据是添加成功了。那么我们如何遍历这个链表呢?可以看到,上面的代码里面我们最后一个节点的next 一定是空的。所以我们这里通过while循环, 判断当前对象的next是否为空,为空了就表示是链表的最后一个节点了。

aidl 复制代码
        ListNode showParent=head;
        while (showParent!=null){
            System.out.println(showParent.val);
            showParent=showParent.next;
        }

翻转链表

我们结合上面的思路,开整。

最容易想到的方式:新增一个List

整体思路是将链表循环出来添加到一个list 里面,然后通过for 循环倒序获取到最后一个节点,然后循环把节点赋值给上一个节点,同时处理最后的节点的next为空。

aidl 复制代码
    static public ListNode ReverseList(ListNode head) {
        List<ListNode> nodes=new ArrayList<>();
        while (head!=null){
            nodes.add(head);
            head=head.next;
        }
        head= nodes.get(nodes.size()-1);
        ListNode prent=head;
        for (int i=nodes.size()-2;i>-1;i--){
            prent.next=nodes.get(i);
            prent=nodes.get(i);
            if (i==0){
                prent.next=null;
            }
        }
        return head;
    }

可以看到,这个点时间复杂度是O(n),因为我们有两个循环,空间复杂度是O(n),这明显不符合我们对要求。

通过倒序不优雅(看起来有点菜),那么通过栈去实现

栈的特性就是先进后出,所以我们每次只需要获取栈顶即可,只要栈顶没有了数据,循环就结束了。

这种实现思路和上面的代码通过list处理的思路是一致的,只是说利用了栈的特性。

因为栈是先进后出,所以实现的原理就是先把数据添加到一个新栈里面,然后出栈的时候形成一个新的链表。比如说,我们这里用Stack:

  • push 将item 压入栈中。
  • pop 移除并返回栈顶元素。
  • peek 返回栈顶的元素,但不移除。
  • empty 检查栈是否为空。
  • dsearch 返回对象在栈中的位置。
aidl 复制代码
    private static ListNode ReverseList(ListNode head) {
        Stack<ListNode> stack=new Stack<>();
        while (head!=null){
            stack.push(head);
            head=head.next;
        }
        if (stack.isEmpty()){
            return null;
        }
        ListNode dummy=stack.pop();
        ListNode node=dummy;
        while (!stack.isEmpty()){
           ListNode tempNode= stack.pop();
           dummy.next=tempNode;
           dummy=tempNode;
        }
        dummy.next=null;
        return node;
    }

当然了除了使用Stack,还可以使用ArrayDeque,LinkedList 或 ConcurrentLinkedDeque实现。可以看到,这个空间复杂度和时间复杂度和第一种是一模一样的。

通过计算实现双链表

可以看到,上面我们的解题思路是两个循环,一个是获取到所有,一个是倒序重新排列。既然我们在循环的时候可以拿到所有的节点,那么我们思考一下 1234 和 4321的关系。

我们循环中获取到了的首先就是头节点和他的下一个节点。默认数据的插入方式是从左到右,那么我们能不能从右到左插入数据。

  • 比如说,拿到1,我们设置他的next 为null,并且把1保存起来。
  • 循环到2,我们把2的next 设置1,那么这个时候链表就是:2 1,同时又把2保存起来。
  • 循环到3,我们把3的next 设置成2,那么链表就是 3 2 1,再次把3保存起来。
  • 循环到4 ,我们把4的next 设置成3,那么链表的就是 4321 了。

基于这套逻辑去处理,这套逻辑可以理解成老的链表往新的链表里面放数据,是否可以达到这个效果呢?

ini 复制代码
private static ListNode ReverseList(ListNode head) {
    ListNode newHead=null;
    while (head!=null){
       ListNode temp= head.next;
       head.next=newHead;
       newHead=head;
       head=temp;
    }
    return newHead;
}

因为我们新的变量个数是常量1,所以空间复杂度是O(1),只有一个循环,那么时间复杂度是O(n),所以这种思路是契合要求的。

通过递归计算

实现思路还是上面的双链表的概念思路。

ini 复制代码
private static ListNode ReverseList(ListNode head) {
    if (head==null||head.next==null){
        return head;
    }
    ListNode reverse= ReverseList(head.next);
    head.next.next=head;
    head.next=null;
    return reverse;
}

或者:

ini 复制代码
private static ListNode ReverseList(ListNode head) {
    return ReverseListInt(head,null);
}

private static ListNode ReverseListInt(ListNode head, ListNode newHead) {
    if (head==null){
        return newHead;
    }
    ListNode next= head.next;
    head.next=newHead;
    ListNode node= ReverseListInt(next,head);
    return node;
}

抄的时候,不是太明白两种递归的差异性在哪,这明显是对于两种递归的执行有一定的知识点盲区在里面的,慢慢补吧。

相关推荐
数据猎手小k5 分钟前
AndroidLab:一个系统化的Android代理框架,包含操作环境和可复现的基准测试,支持大型语言模型和多模态模型。
android·人工智能·机器学习·语言模型
sp_fyf_202426 分钟前
计算机前沿技术-人工智能算法-大语言模型-最新研究进展-2024-11-01
人工智能·深度学习·神经网络·算法·机器学习·语言模型·数据挖掘
你的小1040 分钟前
JavaWeb项目-----博客系统
android
香菜大丸1 小时前
链表的归并排序
数据结构·算法·链表
jrrz08281 小时前
LeetCode 热题100(七)【链表】(1)
数据结构·c++·算法·leetcode·链表
oliveira-time1 小时前
golang学习2
算法
风和先行1 小时前
adb 命令查看设备存储占用情况
android·adb
AaVictory.2 小时前
Android 开发 Java中 list实现 按照时间格式 yyyy-MM-dd HH:mm 顺序
android·java·list
南宫生2 小时前
贪心算法习题其四【力扣】【算法学习day.21】
学习·算法·leetcode·链表·贪心算法
懒惰才能让科技进步3 小时前
从零学习大模型(十二)-----基于梯度的重要性剪枝(Gradient-based Pruning)
人工智能·深度学习·学习·算法·chatgpt·transformer·剪枝