数据结构第一季 Day03 单向链表、双向链表

一、 单向链表

1. 动态数组对比链表有一个明显的缺点是什么?
  • 不能做到需要多少内存就申请内存
2. 我们在进行链表方法设计的时候,发现链表的方法动态数组的方法基本是一样的。这时如果我们采用让它们都继承共同父类 List 这种做法好吗?
  • 这种使用继承的做法不好,因为他们虽然有共同的方法声明,但是基本没有共同的方法实现,所以不适合使用继承的方式。
  • 最佳的方式应该是使用接口
3. 在我们使用 List 作为动态数组和链表的共同接口后,继续进行链表实现时,我们发现动态数组链表还是有共同代码的,比如对 inde 的边界检查代码size()isEmpty() 等等。这时候该怎么办呢?
  • 让他们共同继承一个 AbstractList ,这个抽象父类,这个父类通常不对外暴露,仅仅是存放公共代码
4. 思考:static final int ELEMENT_NOT_FOUND = -1 这句代码,应该存放在 抽象类 AbstractList 中还是放在 接口 List 中?
  • 放在 AbstractList 和 List 中,外部都可以使用
  • 但是我们设计的初衷是 List 是对外暴露的,AbstractList 是不对外暴露的,所以我们应该放在 List 中,调用的时候可以如下使用 list.indexOf(20) == List.ELEMENT_NOT_FOUND 即可
设计过程(左图)、最终方案(右图)
5. 我们在对链表相关思考的时候,怎么绘制链表示意图,帮助我们思考问题呢?
image.png
5. 面试问题总结(链表问题大部分可以用什么方法解决?)

无法高效获取长度,无法根据偏移快速访问元素,是链表的两个劣势。然而面试的时候经常碰见诸如获取倒数第k个元素,获取中间位置的元素,判断链表是否存在环,判断环的长度等和长度与位置有关的问题。这些问题都可以通过灵活运用双指针来解决。

  • Tips:双指针并不是固定的公式,而是一种思维方式~
6. 练习:删除链表中的节点
/**
 * Definition for singly-linked list.
 * public class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode(int x) { val = x; }
 * }
 */
class Solution {
    public void deleteNode(ListNode node) {
        node.val = node.next.val;
        node.next = node.next.next;
    }
}
7. 练习:链表反转
  • 迭代取出链表的每一个节点,往新链表的头部插入
class Solution {
    public ListNode reverseList(ListNode head) {
        ListNode newHead = new ListNode();
        ListNode oldHead = new ListNode();
        oldHead.next = head;
        while (oldHead.next != null) {
            ListNode tempNode = oldHead.next;
            oldHead.next = oldHead.next.next;
            tempNode.next = newHead.next;
            newHead.next = tempNode;
        }
        return newHead.next;
    }
}
8. 练习(说解题关键点):判断一个链表是否有环
  • 解题关键 快慢指针 的使用 ; 为什么设计快指针走两步、慢指针走一步呢?
  • 快慢指针只差一步,这样可以保证有环的情况下,一定会相遇(不会错过)
public class Solution {
    public boolean hasCycle(ListNode head) {
        if (head == null || head.next == null) {
            return false;
        }
        ListNode slow = head;
        ListNode fast = head.next;
        while (slow != fast) {
            if (fast == null || fast.next == null) {
                return false;
            }
            slow = slow.next;
            fast = fast.next.next;
        }
        return true;
    }
}
9. 单向链表练习(TODO)
image.png

二、 动态数组单向链表 的复杂度分析

1. ArrayList 的 get、set 方法的时间复杂度是多少?
  • O(1)
2. ArrayList 的 remove、add 方法的最好时间复杂度、最坏时间复杂度、平均时间复杂度分别是多少?
  • 最好时间复杂度:O(1)
  • 最坏时间复杂度:O(n)
  • 平均时间复杂度:O(n)
3. LinkedList 的 get、set、add、remove 方法的时间复杂度是多少?
  • 最好时间复杂度:O(1)
  • 最坏时间复杂度:O(n)
  • 平均时间复杂度:O(n)
image.png
4. 什么是均摊时间复杂度?什么时候使用这个时间复杂度进行估算?
  • 均摊时间复杂度:经过连续的多次复杂度比较低的情况后,出现个别复杂度比较高的情况
  • 比如调用动态数组 add 函数的时候(时间复杂度是 O(1)),可能会触发扩容(时间复杂度是 O(n))
image.png
5. 如果要对动态数组进行缩容,在什么时机对其进行缩容操作?缩容的思路是什么?
  • 在 remove 方法里面进行缩容
  • 缩容的方式和扩容类似(不是相反哟)
image.png
6. 如果动态数组的 扩容倍数缩容倍数 设计不得当,有可能导致出现复杂度的什么问题?
  • 如果扩容倍数 乘以 缩容倍数 等于 1 ,就会导致复杂度震荡问题

三 、双向链表

1. 绘制出单向链表、双向链表的结构图?并说出双向链表对于单向链表的优势?
单向链表
双向链表
2. 思考如下 clear 代码,能让双向链表中存储的对象成功被释放吗?会存在循环引用吗?
public void clear() {
  size = 0;
  first = null;
  last = null;
}
  • 会存在循环引用;但是能被 gc 回收。
  • 因为 gc 在判断有没有引用的时候,还会判断引用的类型。如果不是 gc root 对象(比如局部变量指向的对象),就会被释放。
3. 绘图描述向双向链表中添加节点?(一般情况是什么?临界情况有几个?)
  • 首先声明: 先考虑一般情况,再看临界情况,这种思路在开发中超级重要
  • 一般情况:链表中有数据,且 size > 2,然后往非头部、非尾部添加节点
  • 临界情况:① 往 链表头部 添加 ② 往 链表尾部 添加 ③ 往 空链表 中添加
4. 双向链表 VS 单向链表的删除节点操作的时间复杂度对比?
image.png
5. 什么时候使用双向链表 或 动态数组?分别描述在各种情况下的选择(至少说三种)?
牢记此图

四、循环链表

1. 绘制单向循环链表的结构图?
image.png
2. 绘制出双向循环链表的结构图?
image.png
3. 练习 - 约瑟夫问题?(TODO)
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