本篇延续上一篇,介绍《剑指offer》第二版中的四个题目:从尾到头打印链表、用两个栈实现队列、旋转数组的最小数字、二进制中1的个数。
5、从尾到头打印链表
题目:输入一个链表的头结点,从尾到头反过来打印出每个节点的值。
链表节点定义的类如下:
解答:这里提供两种方式:用栈和递归。
第一种方式,用栈。因为单向链表一般在表头插入一个新元素,最早插入的会在链表表尾,新插入的会在链表表头。如果是从头到尾(正向)打印一个链表会很容易,直接从头结点开始一步步往表尾打印即可;而反过来从尾到头(反向)打印就没那么容易了,因为表尾元素不容易得到。
栈是一种后进先出的线性表,我们可以用栈来解决这个问题。先将链表元素从头到尾压入一个栈中,这样链表表尾的元素会在栈顶的位置,然后依次出栈,即可将链表元素从尾到头打印出来。
代码如下:
第二种方式,递归。递归在本质上就是一个栈结构,因此可以用递归实现。要实现反向输出链表,每访问一个结点的时候,先递归地输出其后面的结点,再输出该节点自身,这样链表元素的输出顺序就反过来了。代码如下:
可以看到基于递归方式的代码看起来很简洁,但可能会产生一个问题:当链表非常长的时候,就会导致方法调用的层级很深,从而可能导致方法调用的栈溢出。因此推荐第一种方式。
6、用两个栈实现队列
题目:
用两个栈实现一个队列。请实现它的两个方法appendTail和deleteHead,分别完成在队列尾部插入结点和在队列头部删除结点的功能。
解答:
栈是一种“后进先出”数据结构,而队列是一种“先进先出”的数据结构。本题整体思路是先用一个栈存放在队列尾部插入的结点,在队列头部删除结点时,将第一个栈中元素全部出栈并压入第二个栈中,然后第二个栈出栈,这样就能实现队列“先进先出”的特点。
定义两个栈:stack1和stack2。stack1存放在队列尾部插入的结点,因此appendTail方法中只会涉及对stack1的入栈操作。在队列头部删除结点时,将stack1中的元素全部出栈并压入stack2中,然后stack2出栈操作。因此deleteHead方法涉及stack1的出栈、stack2的入栈、stack2的出栈三个主要操作。每次删除结点时都要先判断stack2是否为空,如果不为空则直接stack2出栈,为空时则stack1出栈并且stack2入栈。代码如下:
7、旋转数组的最小数字
题目:
把一个数组最开始的若干个元素搬到数组的末尾,我们称之为数组的旋转。输入一个递增排序的数组的一个旋转,输出旋转数组的最小元素。例如,数组{3,4,5,1,2}为{1,2,3,4,5}的一个旋转,该数组的最小值为1。
解答:
本题最直接的方法是从头到尾遍历数组,找出其最小元素,这种方式的时间复杂度为O(n)。这是一种方式,但这种方式只是单纯地从头到尾遍历数组,并没有利用旋转数组的特性。
有没有更好的方式呢?我们注意到旋转之后的数组可以分为两个排序的子数组,前面子数组元素都大于或等于后面子数组元素,最小元素正好是两个子数组的分界线。在已排序的数组中,可以用二分法查找元素,时间复杂度为O(logn),本题数组在一定程度上是排序的,因此可以尝试用二分法来寻找最小元素。
设置两个索引i和j来分别指向数组的第一个元素和最后一个元素位置,再用一个索引mid来指向数组中间的元素位置。接下来进行判断,如果mid位置元素大于i位置元素,则说明mid位置在前一个子数组中,最小元素应该在mid和j之间,因此令i=mid,这样查找范围缩小了一半;如果mid位置元素小于j位置元素,则说明mid位置在后一个子数组中,最小元素应该在i和mid之间,因此令j=mid,查找范围又缩小了一半……以此类推,直到i和j位置相邻(即j-i==1),此时j位置元素就是最小元素。
此外还有两种特殊情况:第一种是元素已经有序,此时直接输出第一个元素即可;第二种情况是存在重复元素,即i、j、mid位置元素相等,此时只能从头到尾遍历数组查找。
代码:
8、二进制中1的个数
题目:
请实现一个方法,输入一个整数,输出该数二进制表示中1的个数。例如9的二进制表示是1001,有2个1,因此如果输入数字9,则方法输出2。
解答:
把一个整数减去1,都是把其二进制中最右边的1变成0,如果它右边还有0,则所有0都变成1,而它左边的所有数字都保持不变。例如将12的二进制数1100减去1之后,变成了1011。而将其减去1之后的二进制数与它自身进行按位“与”运算(&),结果变成了1000,即1100&1011==1000,就相当于把1100最右边的数字1变成了0。
基于上面的规律,得出结论:把一个整数减去1,再与原整数进行按位“与”(&)运算,会把该整数二进制中最右边的1变成0。因此一个整数的二进制中有多少个1,就可以进行多少次这样的运算,直到所有1都变成0,统计出运算次数就是1的个数。
代码:
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