python反轉單鏈表算法題
現(xiàn)在算法是大廠面試的必考題,而且越來越難,已經(jīng)不是簡單的列表,字符串操作了,會涉及到各種數(shù)據(jù)結結構。單鏈表的反轉也是經(jīng)??嫉囊坏李},里面故在此記錄一下。
1.鏈表的特點:
順序存儲元素,但是元素在空間上是不連續(xù)的,所以在鏈表每個元素中除了存儲元素的值,還會存儲下一個元素的地址,單鏈表的話就只有指向下一個元素的指針,雙向鏈表的話還會有指向前一個元素的指針。正是由于鏈表以上的存儲特點,在做插入和刪除操作時只需要斷開指針的連接,不需要移動后面的數(shù)據(jù),所以對鏈表修改的效率會很高,但是查找的效率會很低,這也正是鏈表和數(shù)組的區(qū)別。鏈表的存儲示意圖:
完成這道題至少有3種方式:
1.先對原鏈表做頭部刪操作,再對新鏈表做頭部插入操作;
2.通過3個指針實現(xiàn),p0指向前一個節(jié)點的指針,p1表示當前節(jié)點的指針,p2表示下一個節(jié)點的指針
3.用遞歸實現(xiàn);
2.方式一:
1)創(chuàng)建一個新的空列表;
2)取出舊鏈表中頭結點的元素,將其next指針設置為新鏈表的頭指針,同時將舊鏈表的頭結點執(zhí)行下一個元素
3)依次重復第2)步的操作,直到取出就鏈表中所有的節(jié)點。
4)最后形成的新鏈表如下,實現(xiàn)了反轉的功能:
5)代碼實現(xiàn):
# encoding=utf-8 import copy ? ? class Node: ? ? """節(jié)點類,包含值和下一個節(jié)點的指針""" ? ? def __init__(self, value, next=None): ? ? ? ? self.value = value ? ? ? ? self.next = next ? ? ? def __str__(self): ? ? ? ? return "Node value:%s" % self.value ? ? class LinkedList: ? ? def __init__(self, head=None, tail=None): ? ? ? ? self.head = head ? ? ? ? self.tail = tail ? ? ? def get_all(self): ? ? ? ? """獲取鏈表中所有的節(jié)點""" ? ? ? ? nodes = [] ? ? ? ? temp = self.head ? ? ? ? while temp: ? ? ? ? ? ? nodes.append(temp.value) ? ? ? ? ? ? temp = temp.next ? ? ? ? return nodes ? ? ? def add_node(self, value): ? ? ? ? """在列表中添加節(jié)點""" ? ? ? ? node = Node(value) ? ? ? ? # 空鏈表,收尾指針都指向新增加的節(jié)點 ? ? ? ? if self.head is None: ? ? ? ? ? ? self.head = node ? ? ? ? ? ? self.tail = node ? ? ? ? else: ? ? ? ? ? ? self.tail.next = node ? ? ? ? ? ? self.tail = node ? ? ? def reverse_list(self): ? ? ? ? """反轉單向列表 ? ? ? ? 思路一:先對原鏈表做頭刪操作,再對新鏈表做頭插 ? ? ? ? """ ? ? ? ? # 定義一個新的鏈表 ? ? ? ? new_list_node = LinkedList() ? ? ? ? temp = copy.deepcopy(self.head) ? ? ? ? while temp: ? ? ? ? ? ? # 1.對之前的鏈表做頭刪除操作 ? ? ? ? ? ? node = temp ? ? ? ? ? ? temp = temp.next ? ? ? ? ? ? ? # 2.對新的鏈表做頭插入操作 ? ? ? ? ? ? if new_list_node.head is None: ? ? ? ? ? ? ? ? new_list_node.tail = node ? ? ? ? ? ? node.next = new_list_node.head ? ? ? ? ? ? new_list_node.head = node ? ? ? ? return new_list_node ? ? if __name__ == "__main__": ? ? l = LinkedList() ? ? for i in range(5): ? ? ? ? l.add_node(i) ? ? new_list_node = l.reverse_list() ? ? print(new_list_node.get_all()) ? ? print(new_list_node.tail)
3.方式二
借助3個指針來實現(xiàn)反轉,p0之前前一個節(jié)點,p1指向當前操作的節(jié)點,p2指向下一個節(jié)點。操作過程如下:將p1的next指針之前p0,之后將p0指向p1節(jié)點,p1指向p2節(jié)點,如果p1不為空,重復以上操作,最后,p0即為新列表的頭節(jié)點。
1)開始時p0為空;將p1指向鏈表的頭節(jié)點,p1節(jié)點的next指針指向p0;p2指向下一個節(jié)點:
2)調整3個指針的指向:將p0指向p1;p1指向p2,p1的next指向p0;p2指向下一個節(jié)點
3)循環(huán)執(zhí)行以上步驟,直到p1指向的節(jié)點不為空,最后得到的鏈表為:
4)代碼實現(xiàn):
# encoding=utf-8 import copy ? ? class Node: ? ? """節(jié)點類,包含值和下一個節(jié)點的指針""" ? ? def __init__(self, value, next=None): ? ? ? ? self.value = value ? ? ? ? self.next = next ? ? ? def __str__(self): ? ? ? ? return "Node value:%s" % self.value ? ? class LinkedList: ? ? def __init__(self, head=None, tail=None): ? ? ? ? self.head = head ? ? ? ? self.tail = tail ? ? ? def get_all(self): ? ? ? ? """獲取鏈表中所有的節(jié)點""" ? ? ? ? nodes = [] ? ? ? ? temp = self.head ? ? ? ? while temp: ? ? ? ? ? ? nodes.append(temp.value) ? ? ? ? ? ? temp = temp.next ? ? ? ? return nodes ? ? ? def add_node(self, value): ? ? ? ? """在列表中添加節(jié)點""" ? ? ? ? node = Node(value) ? ? ? ? # 空鏈表,收尾指針都指向新增加的節(jié)點 ? ? ? ? if self.head is None: ? ? ? ? ? ? self.head = node ? ? ? ? ? ? self.tail = node ? ? ? ? else: ? ? ? ? ? ? self.tail.next = node ? ? ? ? ? ? self.tail = node ? ? ? def reverse_list(self): ? ? ? ? """ ? ? ? ? 反轉單向列表 ? ? ? ? 思路二:通過3個指針實現(xiàn),p0指向前一個節(jié)點的指針,p1表示當前節(jié)點的指針,p2表示下一個節(jié)點的指針 ? ? ? ? :return: LinkedList 對象 ? ? ? ? """ ? ? ? ? p1 = copy.deepcopy(self.head) ? ? ? ? p2 = p1.next ? ? ? ? # 定義一個新的鏈表對象 ? ? ? ? new_list_node = LinkedList() ? ? ? ? while p1: ? ? ? ? ? ? if new_list_node.head is None: ? ? ? ? ? ? ? ? new_list_node.tail = p1 ? ? ? ? ? ? # 將p1的next指向新鏈表的頭結點 ? ? ? ? ? ? p1.next = new_list_node.head ? ? ? ? ? ? # 將新鏈表的頭結點指向p1 ? ? ? ? ? ? new_list_node.head = p1 ? ? ? ? ? ? # 將p1指向p2 ? ? ? ? ? ? p1 = p2 ? ? ? ? ? ? # 判斷p2是否指向了鏈表的末尾 ? ? ? ? ? ? if p2: ? ? ? ? ? ? ? ? p2 = p2.next ? ? ? ? return new_list_node ? ? if __name__ == "__main__": ? ? l = LinkedList() ? ? for i in range(5): ? ? ? ? l.add_node(i) ? ? new_list_node = l.reverse_list() ? ? print(new_list_node.get_all()) ? ? print(new_list_node.tail)
4.方式三:
遞歸就是將問題分解為處理過程一致的子問題進行處理,但是一定要要結束條件。鏈表的反轉也可以采用遞歸的方式實現(xiàn),每次傳入的節(jié)點不是最后一個的話,就將下一個節(jié)點作為參數(shù)傳遞進去,遞歸調用;直到傳入的是最后一個節(jié)點時開始逐級返回。
1)將鏈表中每個節(jié)點作為參數(shù),依次傳入到reverse_list函數(shù)中;
2)當傳入的是最后一個節(jié)點時,以此節(jié)點為頭結點創(chuàng)建一個新的鏈表,并將此鏈表返回;
3)上一級的調用者接受到返回的鏈表后,將傳入的節(jié)點作為鏈表的尾結點放到鏈表中;
4)逐級返回,直到回到最開始執(zhí)行reverse_list函數(shù)中,將生成的新鏈表返回即可
5)代碼實現(xiàn):
# encoding=utf-8 import copy ? ? class Node: ? ? """節(jié)點類,包含值和下一個節(jié)點的指針""" ? ? def __init__(self, value, next=None): ? ? ? ? self.value = value ? ? ? ? self.next = next ? ? ? def __str__(self): ? ? ? ? return "Node value:%s" % self.value ? ? class LinkedList: ? ? def __init__(self, head=None, tail=None): ? ? ? ? self.head = head ? ? ? ? self.tail = tail ? ? ? def get_all(self): ? ? ? ? """獲取鏈表中所有的節(jié)點""" ? ? ? ? nodes = [] ? ? ? ? temp = self.head ? ? ? ? while temp: ? ? ? ? ? ? nodes.append(temp.value) ? ? ? ? ? ? temp = temp.next ? ? ? ? return nodes ? ? ? def add_node(self, value): ? ? ? ? """在列表中添加節(jié)點""" ? ? ? ? node = Node(value) ? ? ? ? # 空鏈表,收尾指針都指向新增加的節(jié)點 ? ? ? ? if self.head is None: ? ? ? ? ? ? self.head = node ? ? ? ? ? ? self.tail = node ? ? ? ? else: ? ? ? ? ? ? self.tail.next = node ? ? ? ? ? ? self.tail = node ? ? ? ? def reverse_list(self, node): ? ? ? ? """ ? ? ? ? 反轉單鏈表 ? ? ? ? 思路三:用遞歸實現(xiàn) ? ? ? ? :return:LinkedList 對象 ? ? ? ? """ ? ? ? ? if node.next is None: ? ? ? ? ? ? return LinkedList(node, node) ? ? ? ? temp = copy.deepcopy(node) ? ? ? ? # 斷開當前節(jié)點的連接 ? ? ? ? temp.next = None ? ? ? ? # 將當前節(jié)點放到內層遞歸返回的鏈表結尾 ? ? ? ? l = self.reverse_list(node.next) ? ? ? ? l.tail.next = temp ? ? ? ? l.tail = temp ? ? ? ? return l ? ? if __name__ == "__main__": ? ? l = LinkedList() ? ? for i in range(5): ? ? ? ? l.add_node(i) ? ? new_list_node = l.reverse_list1() ? ? print(new_list_node.get_all()) ? ? print(new_list_node.tail)
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