【数据结构与算法】链表及相关问题

标题【数据结构与算法】链表及相关问题

前言

链表(Linked list)相关算法题在面试中很常见，本文将详细介绍链表相对复杂的操作，并用Java语言实现，其中包括：建立带环链表（区别于循环链表）、判断链表是否带环，求得环入口结点及环的长度；判断两个链表是否相交、求得交点；查找倒数第K个结点；反转链表。在LeetCode和剑指Offer中出现的链表问题，基本基于这几个操作。（反正我是一文搞懂啦~）其他简单的操作实现在文后链接中。
学习目的：掌握链表相关操作，熟练使用双指针法(快慢指针法)

一. 带环单链表相关问题

1. 带环单链表建立

看过的解决带环链表问题的文章，都只讨论怎样求得环入口结点和环长度，博主这种渣渣就在想怎么不讲怎么建立带环链表，都没有办法验证……于是自己写了。

代码:

   /**
     * @description 建立一个带环单链表
     * @param head
     */
    public void createLoopList(Node<E> head) {
   
        int i;
        Node<E> current = head;
        Node<E> target = null;
        for (i = 0; i < 10; i++) {
   
            Node<E> temp = new Node(i);
            temp.next = null;
            current.next = temp;
            this.size++;
            if (i == 6)
                target = temp;//指定这个结点为环的第一个结点
            current = temp;
        }
        current.next = target;  //链表末端指向中间的一个结点，这样就创建了一个带环单链表
    }

2. 判断链表是否带环

算法思想：图中是一个带环单链表，这里要区分，循环链表并非这里所讨论的带环单链表。这里判断链表是否带环采用的便是的双指针法，之后也会常用到此方法，应用双指针的算法时间复杂度为O(n)，空间复杂度为O(1)。双指针法，即设置快慢指针，在判断是否带环时，我们让快指针每次走两个步长（即fast=fast->next->next），慢指针每次走一个步长（即slow=slow->next），这样一来，如果链表带环，则快指针早晚会经过不懈努力再次追赶上慢指针，并且两指针一定在环上相遇。

 p.s.:也可以通过设置标志位的方法，但是空间复杂度较高。
代码：

   /**
     * @return
     * @description 判断单链表是否有环(双指针法)--时间复杂度O(n);空间复杂度O(1)[设置标志位空间复杂度大]
     */
    public boolean hasLoop() {
   
        Node<E> pre = head.next;
        Node<E> post = head.next;

        if (pre == null)
            return false;
        while (pre != null && pre.next != null && pre.next.next != null) {
   
            post = post.next;   //慢指针走一步
            pre = pre.next.next;   //快指针走两步
            if (pre == post)
                return true;
        }
        return false;

    }

3. 求环入口结点

算法思想：找到环的入口结点，仍然使用双指针法，我们设入口结点到头结点距离为e，快慢指针相遇点到头结点距离为m，设环的长度为L，快指针与慢指针相遇时，慢指针走s步，则快指针走2s步，且快指针追上慢指针是在走了n次环的长度之后，则有：$$s$$