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
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
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
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
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
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
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
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
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。