算法2：链表的逆转

时间：2022-11-19 12:14:20
  • 首先，我们以单链表为例子进行演示。总所周知，单链表的每个节点都会持有当前节点的下一个节点的对象引用，即next。现在的题目是：“设计一个算法，逆转一个已知的单链表”。解题思路是：单链表是有序的，即知道一个节点，那么我们就可以确认当前节点（node）的下一个节点(next)，即node持有next对象引用。如果反过来，next持有node，那不就是逆转吗？ 
    package code.code_02;

/**
 * 题目：设计一种算法，可以逆转单链表
 */
public class SingleNodeList {

    //单链表
    private static class Node {
        public int data;
        public Node next;

        Node (int _data){
            this.data = _data;
        }
        public int getData() {
            return data;
        }
    }

    //循环的方式逆转
    public static Node reverseNode (Node node) {
        if (node == null) {
            System.out.println("链表不存在");
        }
        //标记前一个已经完成逆转的节点
        Node prev = null;
        //标记下一个待逆转的节点
        Node next = null;

        do {
            //步骤一
            //记录当前节点的下一个节点，因为它是下一个待逆转的节点。
            //如果不标记，执行步骤二会导致可达性分析无法完成，导致第一个节点完成逆转后剩余节点被内存回收
            next = node.next;

            //步骤二
            // 进行节点逆转操作
            //第一次进入，当前节点将会变成逆转后的最后一个节点。而最后一个节点的next将会指向null
            //再次进入的时候，因为第一次执行了步骤三，prev将会变成上一个已经完成逆转的节点，那么它自然变成当前节点逆转后的下一个节点
            node.next = prev;

            //步骤三
            //因为当前node已经逆转完成，把它标记并为下一个节点的后继节点做准备。
            //第二次进入的时候在步骤二中调用
            prev = node;

            //步骤四
            //此时的node引用移动到逆转前当前节点的下一个节点，next已经在步骤一中记录
            node = next;
        } while(node != null);

        //此处为什么要返回prev，而不是返回当前节点node呢？
        //因为最后一个节有值点为4, 而他的下一个节点为null. 我们需要的是链表中实际存在的节点
        return prev;
    }

    //递归的方式逆转链表
    public static Node reverseNode2 (Node curNode,  Node preReverseNode, Node next)
    {
        if (curNode == null) {
            return curNode;
        }

        curNode.next = preReverseNode;
        preReverseNode = curNode;
        curNode = next;

        //逆转后需要再次确认当前待逆转的节点是不是null,如果是null说明已经是逆转前的最后一个油值节点4的下一个节点了。
        // 那么我们只要返回最后一个有值节点即可，因为我们需要的是链表中实际存在的节点
        return curNode != null ? reverseNode2(curNode, preReverseNode, curNode.next) : preReverseNode;
    }


    public static void printNode (Node node) {
        if (node == null) {
            System.out.println("链表不存在");
        }
        System.out.println("当前链表的值为： " + node.getData());
        //递归的方式逐层打印Node的子节点
        if(node.next != null) {
            printNode(node.next);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        //生成单链表
        Node n = new Node(1);
        n.next = new Node(2);
        n.next.next = new Node(3);
        n.next.next.next = new Node(4);

        System.out.println("打印循环逆转前的链表: ================================");
        printNode(n);
        n = reverseNode(n);
        System.out.println("打印循环逆转后的链表: ================================");
        printNode(n);


        Node n1 = new Node(1);
        n1.next = new Node(2);
        n1.next.next = new Node(3);
        n1.next.next.next = new Node(4);

        System.out.println("打印递归逆转前的链表: ================================");
        printNode(n1);
        n1 = reverseNode2(n1, null, n1.next);
        System.out.println("打印递归逆转后的链表: ================================");
        printNode(n1);
    }


}

    打印结果为：

  • 打印循环逆转前的链表: ================================
当前链表的值为： 1
当前链表的值为： 2
当前链表的值为： 3
当前链表的值为： 4
打印循环逆转后的链表: ================================
当前链表的值为： 4
当前链表的值为： 3
当前链表的值为： 2
当前链表的值为： 1
打印递归逆转前的链表: ================================
当前链表的值为： 1
当前链表的值为： 2
当前链表的值为： 3
当前链表的值为： 4
打印递归逆转后的链表: ================================
当前链表的值为： 4
当前链表的值为： 3
当前链表的值为： 2
当前链表的值为： 1

Process finished with exit code 0

     

  • 既然是设计链表的逆转，当然是要区分单链表和双链表的。那么双链表又改如何设计呢？其实，原理一致，只不过双链表的每个节点会有一个last和next节点对象的引用而已。理解了单链表，那么改成双链表也就非常简单了 
    package code.code_02;

public class DoubleNodeList {

    //双链表
    private static class Node {
        public int data;
        public Node last;
        public Node next;

        Node (int _data){
            this.data = _data;
        }
        public int getData() {
            return data;
        }
    }

    public static Node reverseDoubleNodeList (Node node, Node prev)
    {
        if (node == null) {
            System.out.println("当前node节点为null");
            return node;
        }
        //记录当前节点的上一个节点，下一个节点，为逆转当前节点做准备
        //如果不记录,当前节点逆转后会导致数据丢失
        Node last = node.last;
        Node next = node.next;

        //逆转当前节点
        node.next = last;
        node.last = next;
        //prev记录当前已经完成逆转的节点，为下一次递归做准备
        //因为下一次递归的时候，我们需要记录最新的完成逆转的节点，而prev是为了记录已经完成逆转的节点
        prev = node;
        //完成逆转后, 当前节点node会移动到下一个节点
        node = next;

        //如果逆转前进入的节点是最后一个有值节点，那么你转完以后node会来到null的位置
        //此时,我们不需要对node==null的节点进行逆转，因此只需要返回最后一次完成逆转的节点即可
        //也许，prev会有歧义，我们可以换个合适的名称来代替prev, 比如preReversedNode
        return node != null ? reverseDoubleNodeList(node, prev):prev;
    }

    public static void printNode (Node node)
    {
        if (node == null) {
            System.out.println("链表不存在");
        }
        Node last = node.last;
        Node next = node.next;
        System.out.println("当前节点的值为： " + node.getData() + ", 上一个节点值为：" + (last != null ? last.getData():null) + ", 下一个节点为： " + (next !=null ? next.getData():null));
        //递归的方式逐层打印Node的子节点
        if(next != null) {
            printNode(next);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        //构造出5个双链表节点
        Node node = new Node(0);
        Node node1 = new Node(1);
        Node node2 = new Node(2);
        Node node3 = new Node(3);
        Node node4 = new Node(4);

        node.next = node1;
        //node1节点
        node1.last = node;
        node1.next = node2;
        //node2节点
        node2.last = node1;
        node2.next = node3;
        //node3节点
        node3.last = node2;
        node3.next = node4;
        //node4节点
        node4.last = node3;
        System.out.println("逆转前node的hash值为" + node.hashCode());
        System.out.println("========================测试逆转前的双链表============");
        printNode(node);

        //此处为什么需要一个node来接受逆转后的值呢？
        //其实说是逆转，实际上是更新了内存中每一个对象的的值,并且更改了每一个node的指向。类似于生成了一个新对象
        //我们可以根据逆转前，逆转后的node的hash值进行确认
        //而实际开发中，如果只是一个object对象，比如set了一些变量值, 那么无法接受值（此处需要理解）
        node =reverseDoubleNodeList(node, null);
        System.out.println("逆转后node的hash值为" + node.hashCode());
        System.out.println("========================测试逆转后的双链表============");
        printNode(node);
    }
}

    打印结果如下

    逆转前node的hash值为1163157884
========================测试逆转前的双链表============
当前节点的值为： 0, 上一个节点值为：null, 下一个节点为： 1
当前节点的值为： 1, 上一个节点值为：0, 下一个节点为： 2
当前节点的值为： 2, 上一个节点值为：1, 下一个节点为： 3
当前节点的值为： 3, 上一个节点值为：2, 下一个节点为： 4
当前节点的值为： 4, 上一个节点值为：3, 下一个节点为： null
逆转后node的hash值为1956725890
========================测试逆转后的双链表============
当前节点的值为： 4, 上一个节点值为：null, 下一个节点为： 3
当前节点的值为： 3, 上一个节点值为：4, 下一个节点为： 2
当前节点的值为： 2, 上一个节点值为：3, 下一个节点为： 1
当前节点的值为： 1, 上一个节点值为：2, 下一个节点为： 0
当前节点的值为： 0, 上一个节点值为：1, 下一个节点为： null

Process finished with exit code 0

     

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