連結串列--一些演算法的總結
1、連結串列的定義、建立、插入、查詢、刪除:
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
//連結串列的定義//
struct node{
int data; //資料域
node *next; //指標域,只想下一個元素
};
//連結串列的建立//
node* creatlist(int arr[],int len){ //建立連結串列
node*head,*pre,*p;
head=new node; //創造頭結點
head->next=NULL;
pre=head; //pre 賦值
for(int i=0;i<len;i++){
p=new node;
p->data=arr[i]; //賦值給資料域
p->next=NULL; //最後一個節點的指標域置空
pre->next=p; //新結點連到連結串列的結尾
pre=p; //pre指向連結串列的最後一個結點
}
return head;
}
//連結串列的插入//
void insert(node*head,int pos,int x){ //實現將一個數據插入到連結串列的指定位置pos處
node*p,*pre;
pre=head;
p=new node; //分配新結點
p->data=x;
while(--pos){ //將pre指標定位到pos位置的前面
pre=pre->next;
}
p->next=pre->next; //先將pre的next賦值給p ,將pre所指結點後面所有的結點連線到p所指的結點
pre->next=p; //將p所指的結點連結到pre所指結點後面。
}
//連結串列的查詢//
int search(node*head,int x){ //實現在連結串列中查詢資料域等於x的結點的個數
int count=0; //計數器,初始化為零
node*p=head->next;
while(p!=NULL){
if(p->data==x){ //找到一個結點,計數器加一
count++;
}
p=p->next; //p往後挪一個位置
}
return count; //返回查詢結果
}
//連結串列的刪除//
void del(node*head,int x){ //實現將連結串列所有資料域等於x的結點刪除
node *pre,*p;
pre=head; //pre指標始終指向被刪除結點的前置結點
p=pre->next; //p指標為工作指標,用於遍歷連結串列
while(p!=NULL){
if(p->data ==x){ //如果是要被刪除的結點
pre->next =p->next;
delete(p); //要記得用過的記憶體還給作業系統
p=pre->next ; //p指標更新到pre指標的後面
}
else {
pre=p; //如果不是要刪除的結點那麼兩個指標分別後移,這一步該為pre=pre->next;
p=p->next ;
}
}
}
//主函式//
int main()
{
int arr[7]={5,4,7,3,3,9,0}; //這個是例子。
node*L=creatlist(arr,7),*p;
insert(L,2,12);
del(L,3);
p=L->next;
while(p!=NULL){
printf("%d ",p->data);
p=p->next;
}
}
2、兩個單鏈表的第一個公共結點。
方法1:粗暴的辦法。
從一個連結串列的第一個結點開始,再另一個連結串列上查詢是否是交點(指向結點的指標一樣),這樣的話,如果一個連結串列的長度是m,另一個連結串列的長度是n,則時間複雜度是O(mn)。
方法2:從後往前遍歷
我們知道連結串列相交,不僅僅只是結點裡的data值一樣,next指標也是一樣的,也就是說,如果兩個連結串列從某一個結點處開始相交,那麼之後兩個連結串列一定是相交的。即就是,連結串列的相交模型不會是X型,而是Y型。所以我們可以從後向前找第一個交點,但是這裡是單鏈表,只能從後向前遍歷,所以這裡採用資料結構stack,將結點的資訊儲存在棧中,從棧頂開始比較兩個結點,如果不一樣,則就說明不相交,如果一樣,記住當前結點,將兩個棧的棧頂元素出棧,繼續比較下一個結點,就這樣,直到找到不一樣的結點,那麼上一個結點就是第一個公共結點。但是這種辦法需要兩個輔助棧,不是最好的辦法
方法3:快慢指標法
求出兩個連結串列的長度,讓長的連結串列先走兩個連結串列長度之差的絕對值步,然後兩個連結串列一起走,直到找到第一個公共結點。這就是所謂的快慢指標法。
方法4:通過環來看
如果兩個單鏈表相交,將連結串列的尾和其中任何一個連結串列的頭相接,就會構成一個環,求出環的入口就是連個連結串列的第一個公共結點;如果連結串列不相交,就不會構成環。判斷連結串列相不相交的辦法,就是直接看他們的最後一個結點是否一樣。這種辦法之後的文章(判斷連結串列是否帶環以及環的入口)會實現,這裡暫時不實現。
程式碼實現(包括測試程式碼):
#include<iostream>
using namespace std;
//連結串列結點的定義//
struct ListNode
{
int _data;
ListNode* _pNext;
ListNode(int x = 0):_data(x),_pNext(NULL){}
};
//連結串列的建立//
ListNode* Create(int arr[],int n)
{
ListNode* head = new ListNode(arr[0]);
ListNode* prev = head;
ListNode* cur = prev;
for(int i = 1; i < n; ++i)
{
cur = new ListNode(arr[i]);
prev->_pNext = cur;
prev = cur;
}
return head;
}
//獲取連結串列的長度//
size_t GetLength(ListNode* head)
{
size_t len = 0;
ListNode* cur = head;
while(cur)
{
++len;
cur = cur->_pNext;
}
return len;
}
//獲取連個連結串列的第一的相交點//
ListNode* GetFirstCommonNode(ListNode* head1,ListNode* head2)
{
size_t len1 = GetLength(head1);
size_t len2 = GetLength(head2);
ListNode* pLong = head1;
ListNode* pShort = head2;
int diff = len1 - len2;
if(diff < 0)//第一個連結串列比第二個連結串列短
{
pLong = head2;
pShort = head1;
diff = len2 - len1;
}
//讓長的連結串列先走diff步
for(int i = 0; i < diff; ++i)
{
pLong = pLong->_pNext;
}
//兩個連結串列一起向後走找第一個交點
while(pLong != NULL && pShort != NULL && pLong != pShort)
{
pLong = pLong->_pNext;
pShort = pShort->_pNext;
}
if(pLong && pShort == 0)//沒有找到公共結點
return NULL;
else
return pShort;
}
//連結串列的銷燬//
void Destroy(ListNode* head)
{
ListNode* cur = head;
ListNode* del = NULL;
while(cur)
{
del = cur;
cur = cur->_pNext;
delete del;
}
}
//連結串列的查詢//
ListNode* FindNode(ListNode* head,int data)
{
ListNode* cur = head;
while(cur)
{
if(cur->_data == data)
return cur;
cur = cur->_pNext;
}
return NULL;
}
//主函式//
int main()
{
int arr1[] = {3,4,5,6,7,8};
int arr2[] = {8,7};
//建立連結串列
ListNode* head1 = Create(arr1,sizeof(arr1)/sizeof(arr1[0]));
ListNode* head2 = Create(arr2,sizeof(arr2)/sizeof(arr2[0]));
//創造交點
ListNode* Node1 = FindNode(head1,6);
ListNode* Node2 = FindNode(head2,7);
Node2->_pNext = Node1;
ListNode* ret = GetFirstCommonNode(head1,head2);
if(ret)
cout<<"交點的值是:"<<ret->_data <<endl;
else
cout<<"沒有交點"<<endl;
Destroy(head1);
Node2->_pNext = NULL;
Destroy(head2);
system("pause");
return 0;
}
3、一個單鏈表的環入口
struct Node
{
int _data;
Node* _pNext;
Node(int x=0):_data(x),_pNext(NULL){}
};
Node *getLoopEntrance(Node *head)
{
Node *slow = head, *fast = head;
while (fast && fast->next)
{
slow = slow->next;
fast = fast->next->next; //走兩步
if (slow == fast)
{
break;
}
}
if (fast == NULL || fast->next == NULL)
{
return NULL;
}
fast = head; //從頭開始走了
while (slow != fast)
{
slow = slow->next;
fast = fast->next; //走一步
}
return fast;
}
解法如下:設定fast和slow兩個指標,初始都指向head。然後讓fast每次走2步,slow每次走一步,如果發現fast和slow重合,則確定單向連結串列有環路了。接下來,讓fast回到連結串列的頭部,重新走,每次步長不是走2步了,而是走1步,那麼當fast和slow再次相遇的結點,就是環路的入口位置了。
證明:當fast和slow第一次相遇的時候,slow肯定沒有遍歷完一次連結串列或剛好遍歷完一次連結串列,而fast已經在環內迴圈了n圈(n>=1)。這時,假設slow走了i個結點,則fast走了2i個結點,再假設環長為C,則
2i = i + nC => i = nC
設連結串列長度為L,連結串列起點距環入口的距離為j,環入口距相遇點的距離為k,則
j + k = i = nC
j + k = (n - 1)C + C = (n - 1)C + (L - j)
j = (n - 1)C + (L - j - k)
(L - j - k)同k一樣,同樣為環入口點距相遇點的距離。也就是說,從連結串列起點到環入口點的距離等於(n - 1)環長+相遇點到入口點的距離。於是,從連結串列起點、相遇點分別設一指標,每次各走一步,則兩指標必定相遇,且第一個相遇點即為環入口點。
如何找一個連結串列的環,回答了快慢指標,要走幾步才能相遇?見上文。
4、單鏈表的反轉
迭代是從前往後依次處理,直到迴圈到鏈尾;而遞迴恰恰相反,首先一直迭代到鏈尾也就是遞迴基判斷的準則,然後再逐層返回處理到開頭。總結來說,連結串列翻轉操作的順序對於迭代來說是從鏈頭往鏈尾,而對於遞迴是從鏈尾往鏈頭。
非遞迴(迭代)方式
迭代的方式是從鏈頭開始處理,如下圖給定一個存放5個數的連結串列。
首先對於連結串列設定兩個指標:
然後依次將舊連結串列上每一項新增在新連結串列的後面,然後新連結串列的頭指標NewH移向新的連結串列頭,如下圖所示。此處需要注意,不可以上來立即將上圖中P->next直接指向NewH,這樣存放2的地址就會被丟棄,後續連結串列儲存的資料也隨之無法訪問。而是應該設定一個臨時指標tmp,先暫時指向P->next指向的地址空間,儲存原連結串列後續資料。然後再讓P->next指向NewH,最後P=tmp就可以取回原連結串列的資料了,所有迴圈訪問也可以繼續展開下去。
指標繼續向後移動,直到P指標指向NULL停止迭代。
最後一步:
node* reverseList(node* H)
{
if (H == NULL || H->next == NULL) //連結串列為空或者僅1個數直接返回
return H;
node* p = H, *newH = NULL;
while (p != NULL) //一直迭代到鏈尾
{
node* tmp = p->next; //暫存p下一個地址,防止變化指標指向後找不到後續的數
p->next = newH; //p->next指向前一個空間
newH = p; //新連結串列的頭移動到p,擴長一步連結串列
p = tmp; //p指向原始連結串列p指向的下一個空間
}
return
遞迴方式
我們再來看看遞迴實現連結串列翻轉的實現,前面非遞迴方式是從前面數1開始往後依次處理,而遞迴方式則恰恰相反,它先迴圈找到最後面指向的數5,然後從5開始處理依次翻轉整個連結串列。
首先指標H迭代到底如下圖所示,並且設定一個新的指標作為翻轉後的連結串列的頭。由於整個連結串列翻轉之後的頭就是最後一個數,所以整個過程NewH指標一直指向存放5的地址空間。
然後H指標逐層返回的時候依次做下圖的處理,將H指向的地址賦值給H->next->next指標,並且一定要記得讓H->next =NULL,也就是斷開現在指標的連結,否則新的連結串列形成了環,下一層H->next->next賦值的時候會覆蓋後續的值。
繼續返回操作:
上圖第一次如果沒有將存放4空間的next指標賦值指向NULL,第二次H->next->next=H,就會將存放5的地址空間覆蓋為3,這樣連結串列一切都大亂了。接著逐層返回下去,直到對存放1的地址空間處理。
返回到頭:
迭代實現的程式
node* In_reverseList(node* H)
{
if (H == NULL || H->next == NULL) //連結串列為空直接返回,而H->next為空是遞迴基
return H;
node* newHead = In_reverseList(H->next); //一直迴圈到鏈尾
H->next->next = H; //翻轉連結串列的指向
H->next = NULL; //記得賦值NULL,防止連結串列錯亂
return newHead; //新連結串列頭永遠指向的是原連結串列的鏈尾
完整程式
#include<iostream>
using namespace std;
struct node{
int val;
struct node* next;
node(int x) :val(x){}
};
/***非遞迴方式***/
node* reverseList(node* H)
{
if (H == NULL || H->next == NULL) //連結串列為空或者僅1個數直接返回
return H;
node* p = H, *newH = NULL;
while (p != NULL) //一直迭代到鏈尾
{
node* tmp = p->next; //暫存p下一個地址,防止變化指標指向後找不到後續的數
p->next = newH; //p->next指向前一個空間
newH = p; //新連結串列的頭移動到p,擴長一步連結串列
p = tmp; //p指向原始連結串列p指向的下一個空間
}
return newH;
}
/***遞迴方式***/
node* In_reverseList(node* H)
{
if (H == NULL || H->next == NULL) //連結串列為空直接返回,而H->next為空是遞迴基
return H;
node* newHead = In_reverseList(H->next); //一直迴圈到鏈尾
H->next->next = H; //翻轉連結串列的指向
H->next = NULL; //記得賦值NULL,防止連結串列錯亂
return newHead; //新連結串列頭永遠指向的是原連結串列的鏈尾
}
int main()
{
node* first = new node(1);
node* second = new node(2);
node* third = new node(3);
node* forth = new node(4);
node* fifth = new node(5);
first->next = second;
second->next = third;
third->next = forth;
forth->next = fifth;
fifth->next = NULL;
//非遞迴實現
node* H1 = first;
H1 = reverseList(H1); //翻轉
//遞迴實現
node* H2 = H1; //請在此設定斷點檢視H1變化,否則H2再翻轉,H1已經發生變化
H2 = In_reverseList(H2); //再翻轉
return 0;
}
5、反轉連結串列中偶數位節點,要求空間O(1)時間O(n)
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