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遞歸實(shí)現(xiàn)鏈表操作

 華府九五二七 2019-11-15

預(yù)計(jì)閱讀時(shí)間: 7分鐘

PS:由于微信的更新將所有文章字體縮小了,所以本文是按照新版微信的字體大小進(jìn)行的排版,盡量讓所有代碼塊、解釋、圖片同時(shí)容納在屏幕內(nèi),方便閱讀。

鏈表是一種很簡單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),但是在面試題中常常出現(xiàn)。鏈表的每個節(jié)點(diǎn)包含一個指向下一個節(jié)點(diǎn)的指針,跟串糖葫蘆似得穿起來。

struct Node {
    int val;
    Node* next;
}

鏈表結(jié)構(gòu)簡單,但是卻很漂亮,因?yàn)樗哂刑焐倪f歸結(jié)構(gòu),所以幾乎所有鏈表的操作都有一個遞歸的實(shí)現(xiàn)方式,這也是本篇文章的主要目的:教大家遞歸地處理鏈表。

這篇文章主要寫兩個鏈表最??疾斓膬蓚€操作,包括鏈表翻轉(zhuǎn)和兩個有序鏈表的合并,并且給出迭代和遞歸兩種解法。

首先來簡單熱下身,給一個鏈表頭,求這個鏈表的長度。

迭代版本:

int size(Node* head) {
    int len = 0;
    while(head != NULL) {
        head = head->next;
        len++;
    }
    return len;
}

遞歸版本:

int size(Node* head) {
    if (head == NULL) return 0;
    return size(head->next) + 1;
}

現(xiàn)在開始正題,先來講解一下翻轉(zhuǎn)一個鏈表。解釋一下:

比如有個鏈表是 1->2->3->4,你要把它變成 4->3->2->1,返回頭結(jié)點(diǎn)(這里就是 4 那個節(jié)點(diǎn))。

首先,看一下迭代算法:

Node* reverse(Node* head) {
    if (head == NULL) return NULL;
    Node *curr = head, *prev = NULL;
    while (curr != NULL){
        Node* next = curr->next;
        curr->next = prev;
        prve = curr;
        curr = next;
    }
    return prev;
}

畫個中間過程的圖就好理解了,注意 prev 指向的節(jié)點(diǎn)和 curr 是不相連的,因?yàn)樗鼈冊谒惴ㄩ_始的時(shí)候就不相連。prev 走過之后的鏈表已經(jīng)翻轉(zhuǎn)完成了:

這三個指針的操作過程莫名讓我想起科普片里細(xì)胞中的酶組裝氨基酸的過程。。。

下面上遞歸算法,很漂亮,但絕對得不好理解(很適合拿去裝逼):

Node* reverse(Node* head) {
    if (head == NULL || head->next == NULL) 
        return head;
    Node* newHead = reverse(head->next);
    head->next->next = head;
    head->next = NULL;
    return newHead;
}

這個算法很精妙,我畫個圖就容易理解了(明白遞歸函數(shù)是干什么的,并相信它一定能做好):

理解之后就一目了然了,如果對遞歸還不熟悉,請參看舊文的詳細(xì)解說:淺析遞歸。

接下來講解一下合并兩個有序鏈表。其實(shí)第一次聽到這個問題,我有點(diǎn)誤解,所以我在解釋一下什么叫合并兩個有序鏈表。

比如兩個有序鏈表分別是:

4->6->9->11 和 1->3->6->8->12

我們需要得到這樣一個鏈表,并返回表頭節(jié)點(diǎn):

1->3->4->6->6->8->9->11->12

這個過程有沒有很像拉拉鏈的過程?帶著這個直覺就很容易理解迭代解法。

迭代的實(shí)現(xiàn)方法很直接,但是需要點(diǎn)常用技巧,如果不想看了就直接看遞歸版本。

Node* merge(Node* head1, Node* head2) {
    // 如果有一個頭結(jié)點(diǎn)是空,就可以直接返回另一個
    if (head1 == NULL || head == NULL)
        return head1 == NULL ? head2 : head1;
    // 虛擬頭結(jié)點(diǎn),方便處理 
    auto dummy = new Node(0); 
    // 我覺得這個指針很像拉鏈上的拉鎖
    Node *p = dummy;
    // 開始拽著 p 拉拉鏈
    while (head1 != NULL && head2 != NULL) {
        if (head1->val > head2->val) {
            p->next = head2;
            head2 = head2->next;
        } else {
            p->next = head1;
            head1 = head1->next;
        }
        p = p->next;
    }
    // 一個鏈表耗盡,剩下的元素都比已合并的鏈表元素大
    // 所以把剩下的直接連到最后就行了
    p->next = head1 == NULL ? head2 : head1;
    return dummy->next;
}

這里用到的常用技巧就是虛擬頭結(jié)點(diǎn) dummy 的使用。處理鏈表的時(shí)候經(jīng)常會造一個虛擬頭結(jié)點(diǎn)連到一個真實(shí)頭結(jié)點(diǎn)的前面。

這樣做的好處很多,主要是是方便處理節(jié)點(diǎn)為空的特殊情況,減少大量復(fù)雜的判定代碼。請花時(shí)間理解這個算法(這是值得的),然后嘗試不要這個虛擬頭結(jié)點(diǎn),然后就能理解這樣處理的好處了。

畫個圖理解一下:

現(xiàn)在開始遞歸版本。其實(shí)遞歸版本一直比迭代簡潔好理解,體驗(yàn)一下:

Node* merge(Node* head1, Node* head2) {
    // 同理,只要有一個空就可以直接返回
    if (head1 == NULL || head2 == NULL)
        return head1 == NULL ? head2 : head1;
    if (head1->val > head2->val) {
        head2->next = merge(head1, head2->next);
        return head2;
    } else {
        head1->next = merge(head1->next, head2);
        return head1;
    }
}

遞歸解法總是這么精妙??偟倪壿嬀褪牵撼槌霎?dāng)前兩個節(jié)點(diǎn)中(head1 和 head2 中)較小的那個,然后把剩下的爛攤子一股腦丟給遞歸,因?yàn)槭O碌膯栴}和原問題具有相同結(jié)構(gòu),且減小了規(guī)模。畫個圖理解下:

由于之前寫了好幾篇文章講解遞歸,這里就不贅述了,以上解法還可以再寫得漂亮些(本質(zhì)沒有變):

Node* merge(Node* head1, Node* head2) {
    if (head1 == NULL || head2 == NULL)
        return head1 == NULL ? head2 : head1;
    // 保證 head1 總是值較小的,這樣就不用 if else 分支了
    if (head1->val > head2->val) swap(head1, head2);
    head1->next = merge(head1->next, head2);
    return head1;

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