本文给出了09年研究生入学考试的一道数据结构题的Java实现。该题的描述如下图所示。
先来定义结点(为了简便,省略set/get):
public class Node
{
public int data;
public Node link;
}
一个基于递归:递归版的思路就是基于当前结点,如果后一个是倒数第K-1,那么当前结点是所求,若不然,返回当前是倒数第几个。
public int printRKWithRecur(Node head,int k)
{
if(k==0||head==null||head.link==null)return 0;
if(_recurFind(head.link,k)>=k)return 1;
return 0;
}
private final int _recurFind(Node node, int k) {
if(node.link==null)
{
return 1;
}
int sRet=_recurFind(node.link,k);
if(sRet==k-1)
{
System.out.println("Got:"+node.data);
return k;
}
return sRet+1;
}
对每个结点,该算法都只访问一次,因此复杂度O(N).
第二解法,相对递归来说,这种方法可以算是消除递归版,而且从某种意义上来说比递归更高效,跟省空间,递归版实际上是把回溯的数据存在栈上,而版方法是自己存储,且利用数组实现一个循环队列,只存储K个元素。
public static class CycleIntQueue
{
int[] datas;
int top=0;
int num=0;
public CycleIntQueue(int n)
{
datas=new int[n];
}
public void push(int i)
{
datas[(top++)%datas.length]=i;
num++;
}
public int numPushed()
{
return num;
}
public int getButtom()
{
return datas[top%datas.length];
}
}
public int printRKWithCycleQueue(Node head,int k)
{
if(k==0||head==null)return 0;
CycleIntQueue queue=new CycleIntQueue(k);
Node cur=head.link;
while(cur!=null)
{
queue.push(cur.data);
cur=cur.link;
}
if(queue.numPushed()<k)return 0;
System.out.println("Got:"+queue.getButtom());
return 1;
}
public static class CycleIntQueue
{
int[] datas;
int top=0;
int num=0;
public CycleIntQueue(int n)
{
datas=new int[n];
}
public void push(int i)
{
datas[(top++)%datas.length]=i;
num++;
}
public int numPushed()
{
return num;
}
public int getButtom()
{
return datas[top%datas.length];
}
}
public int printRKWithCycleQueue(Node head,int k)
{
if(k==0||head==null)return 0;
CycleIntQueue queue=new CycleIntQueue(k);
Node cur=head.link;
while(cur!=null)
{
queue.push(cur.data);
cur=cur.link;
}
if(queue.numPushed()<k)return 0;
System.out.println("Got:"+queue.getButtom());
return 1;
}
该算法每个结点只放一次,另外进行一次入队操作,该操作复杂度O(1),从而,整个算法复杂度仍是O(N).
在本文提出利用分块思想解决问题,该算法的空间复杂度为O(1),时间复杂度为O(n)。这在空间复杂度和时间复杂度上应该是比较优化了。
既然是查找倒数第K个结点(注意,不是正数,否则就没什么可讨论的了),而且链表是单向的,还不能改变表结构,这就意味着只能从前往后扫描结点。我们首先 要知道这个链表有多少个结点(如果总结点数都不知道,何谈倒数?),这个非常简单,只要从头扫描一下链表,再计一下数即可。
在同一时间从事多项工作会大大提升效率,当然,扫描链表也不例外,在扫描链表的同时,还需要做一些其他的工作。既然只能从前向后扫描链表,而且要求倒数第 K个结点,那就让我们把这个链表按长度为K分成若干块,而最后扫描的结果要么结点数是K的整数倍(模为0),要么余数(模)不为0(多出几个结点,多出的 结点数小于K)。
假设有12个结点的链表,每一个结点的值从前往后分别是1至12,如下所示:1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
假设我们要求倒数第5个结点,我们直接就可以看出结果是8。那么用程序如何处理呢?
先按长度为5将上面的结点分成三个区域,如下:
1 2 3 4 5\ 6 7 8 9 10\ 11 12
注意,不是物理分,而是使用变量来保存区域的边界(也就是区域最后一个结点的对象)。
从上面的分隔可以看出,最后剩下两个结点,既然是求倒数第5个,而最后剩下了两个,那么还缺5-2=3个,因此,只需要从倒数第二个块(6 7 8 9 10)略过前两个,第三个结点(8)就是我们要求的结果,而5就是题中的k,2就是结点数与k的模,因此,可以推出一个公式,倒数第k个结点就是按长度为 k按分成的若干块中的第二块的第(结点数 % k+ 1)个结点。
下面来看看(结点数 % k)为0的情况。假设上面的例子中的k为4,正确的输出结果应为9,分块如下:
1 2 3 4\ 5 6 7 8 \9 10 11 12
从上面的三个块可以看出,结果正好是最后一个块的第一个结点,这时mod为0(mod=结点数 % k),因此,在这种情况也可以使用上面的公式,只是变成了最后一个块。
根据上面的基本思想可以设两个指针,p1和p2,其中p1最终指向倒数第2个完整块,p2最终指向倒数第1个完整块,对于第一种情况,p1指向5,p2指 向10,这时可以使p1向后移动(k - mod)个结点即可(从5移动3个正好是8)。而对于第二种情况,p1指向8,p2指向12,而mod=0,这时的结果仍然是mod+1,也就是p1向后 移动1个结点就是所求的结果。 为了满足(k=结点数)的情况,需要将p1的初始值设为头结点,这样如果(k=结点数),就直接从头结点向后移动一个结点就是最后的结果,如上面的例子求 倒数第12个结点,也就是求正数第1个结点。
下面是这个算法的具体实现(包括核心算法、生成链表及调用核心算法的代码):
public class Test
{
static class Node
{
public int data;
public Node nextNode;
}
// 核心算法
private static int findNode(Node headNode, int k)
{
Node p = headNode, p1 = headNode, p2 = null;
int count = 0; // 表示结点数
while (p.nextNode != null)
{
p = p.nextNode;
count++;
// 遇到k的整数位个结点,进行分块
if (count % k == 0)
{
if (p2 != null)
p1 = p2;
p2 = p;
}
}
// k超过链表结点数,未找到,返回0
// 此处也可以用k > count来判断
if (p2 == null)
{
return 0;
}
else
{
int mod = count % k;
int offset = mod + 1; // 任何情况下,最终结果都是p1指向的结点向后移动(mod + 1)个结点
for (int i = 0; i < offset; i++)
p1 = p1.nextNode;
System.out.println(p1.data);
return 1;
}
}
public static void main(String[] args) throws Exception
{
//产生一个包含1个头结点和120个结点的链表
Node headNode = new Node();
Node p = headNode;
for (int i = 0; i < 120; i++)
{
p.nextNode = new Node();
p.nextNode.data = i + 1;
p = p.nextNode;
}
p.nextNode = null;
// 开始查找倒数第k个结点,如果找到,返回1,并输出结点的data值
System.out.println(findNode(headNode, 12));
}
}
上面程序的输出结果如下:
109
1
读者也可以使用其他的测试用例来测试上面的程序。
注:来自 “ ITPUB博客 ” ,
链接:http://blog.itpub.net/12921506/viewspace-541475/