【图文解析】判断链表的回文结构

本文介绍两种判断链表是否为回文结构的方法:一种利用数组进行首尾元素比较;另一种采用快慢指针找到中点,反转后半部分并与前半部分对比。

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例题描述

对于一个链表,请设计一个时间复杂度为O(n),额外空间复杂度为O(1)的算法,判断其是否为回文结构。

给定一个链表的头指针A,请返回一个bool值,代表其是否为回文结构。保证链表长度小于等于900

示例:

  • 输入:1->2->2->1
  • 输出:true

结点结构体

struct ListNode {
    int val;
    struct ListNode *next;
};

思路一

  • 题设中给定了900的长度值,联想到使用数组知识,通过首尾下标动态比较来解决问题
  1. 判断极端条件,如果链表为空,这种情况也归属于回文结构范畴,直接返回true
  2. 创建动态数组,按照题设给出的最大空间900来创建并判断有效性,如果动态分配失败,返回false
  3. 将链表遍历一次,将所有结点的值按顺序存入数组。
    在这里插入图片描述
  4. 通过首尾指针开始逐对判断,循环条件是尾指针一定要大于首指针,不然越界比较就与现实不符了。
    在这里插入图片描述
  5. 如果数组第一个值和最后一个值相等,进行下一次循环,尾指针前移,首指针后移,继续比较。
    但凡有不相等的情况发生,即刻返回false,因为它不可能是回文结构了。
    在这里插入图片描述

代码实现

//如果题目没有给出长度 900,则不可使用 <数组> 方法
typedef struct ListNode {
	int val;
	struct ListNode *next;
}ListNode; 
bool chkPalindrome(ListNode* A) {
	if (A == NULL) {
		return true;		//空也算回文结构
	}
	
	int *p = (int*)malloc(sizeof(int) * 900);	
	if (p == NULL) {
		return false;
	}

	ListNode *pCur = A;
	//将链表中每个结点的元素值放入数组
	int count = 0;
	while (pCur) {
		p[count++] = pCur->val;
		pCur = pCur->next;
	}

	int left = 0, right = count - 1;
	while (left < right) {
		if (p[left] != p[right]) {
			free(p);
			return false;
		}
		else {
			left++;
			right--;
		}
	}
	free(p);
	return true;
}

思路二

如果题设不给定900的单位长度,还能使用数组吗?

不能。因为不知道下标大小。
所以,我们采用更加直观的方法来实现:

  • 利用快慢指针获得中间结点,然后将中间结点之后的链表反转,逐一与前半链表进行结点值比较

由于之前博客都实现过中间结点的获取与链表的反转,所以我们选择直接编程暴力求解。

代码实现

ListNode *reverse(ListNode *pHead) {
	ListNode *pNewHead = NULL;
	ListNode *pCur = pHead;
	while (pCur) {
		pHead = pHead->next;
		pCur->next = pNewHead;
		pNewHead = pCur;
		pCur = pHead;
	}
	return pNewHead;
}

bool chkPalindrome_1(ListNode* A) {
	if (A == NULL) {
		return true;
	}
	ListNode *pFast = A;
	ListNode *pSlow = A;
	ListNode *pPreSlow = NULL;
	//1. 找链表的中间结点
	while (pFast && pFast->next) {
		pFast = pFast->next->next;
		pPreSlow = pSlow;
		pSlow = pSlow->next;
	}

	//2. 断开前后链表,将前半部分的尾结点置为空
	pPreSlow->next = NULL;
	

	//3. 逆置后半链表
	pSlow = reverse(pSlow);

	//4. 依次从前往后,将后半段与前半段比较结点,检测是否 <回文>
	ListNode *pL1 = A;
	ListNode *pL2 = pSlow;
	while (pL1 && pL2) {		//有结点
		if (pL1->val != pL2->val) {
			break;
		}
		pL1 = pL1->next;
		pL2 = pL2->next;
	}

	bool ret = false;
	if (pL1 == NULL) {
		return true;
	}

	//5. 还原链表,若是不关心可以不还原,直接在上个while循环 return false;
	pPreSlow->next = reverse(pSlow);

	return true;
}

小结

当我们拿到题目的时候一定要洞悉题干,在题设中找突破点。比如此题,就是给定的900个数,告诉了我们可以脱离链表而采用数组的直接比较方式,这样简化难度的思维一定要培养。但是也不要一味投机取巧,尽可能多的去尝试不同的解法,才能有所脾益。虽然代码质量高下立判,但能够实现也是对程序员探求思路的一种肯定。

在C语言中,判断链表是否回文可以采用递归或者双指针的方式。这里以双指针法为例来解释: **双指针法**: 1. 定义两个指针一个`p1`初始化为节点,另一个`p2`初始化为节点的下一个节点,同时设置两个指针的速度,`p2`每次移动两步,`p1`每次移动一步。 2. 比较`p1`和`p2`指向的元素,如果相等,则继续比较它们的下一个节点;如果不相等,则链表不是回文,直接返回`false`。 3. 当`p1`到达链表尾部(即`p1->next == NULL`),说明已经完成了一半的比较,并且另一半与前面比较过的一样,所以链表是回文,返回`true`。 以下是一个简单的伪代码示例: ```c bool isPalindrome(struct Node* head) { struct Node* slow = head; struct Node* fast = head->next; // 如果链表只有一个元素或者空,它是回文的 if (fast == NULL || fast->next == NULL) return true; // 找到链表的中间点 while (fast != NULL && fast->next != NULL) { slow = slow->next; fast = fast->next->next; } // 反转下半部分链表并与原链表的前半部分比较 struct Node* rev = reverse(slow); // 另外一个函数用于反转链表 while (rev != NULL && head != NULL) { if (head->data != rev->data) return false; head = head->next; rev = rev->next; } return true; } // 另外的辅助函数:反转链表 struct Node* reverse(struct Node* node) { struct Node* prev = NULL; struct Node* current = node; struct Node* next; while (current != NULL) { next = current->next; current->next = prev; prev = current; current = next; } return prev; } ```
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