高精度面试必备：Java单链表数据结构与算法

单链表：计算机科学中的基本数据结构

什么是单链表？

单链表是一种线性数据结构，由一系列节点组成。每个节点包含两个字段：一个数据元素和一个指向下一个节点的指针。第一个节点称为头节点，最后一个节点称为尾节点。节点可以通过指针连接起来，形成一个线性序列。

单链表的应用

单链表广泛应用于各种计算机科学领域，包括：

• 存储和处理列表数据
• 实现栈和队列数据结构
• 图形处理
• 哈希表
• 链表排序
• 内存管理

单链表的优点

• 容易创建和操作
• 可以动态调整大小，以适应不同大小的数据集
• 在内存中占用较少空间，因为每个节点仅包含两个字段

单链表的常见面试题

• 如何创建单链表？
• 如何在单链表中插入一个节点？
• 如何在单链表中删除一个节点？
• 如何反转单链表？
• 如何判断单链表是否有环？
• 如何合并两个单链表？
• 如何查找单链表的中间节点？
• 如何判断两个单链表是否相交？
• 如何求单链表的长度？
• 如何实现单链表的排序？

单链表的代码示例

以下是 Java 中单链表的简单实现：

class Node {
    int data;
    Node next;

    public Node(int data) {
        this.data = data;
        this.next = null;
    }
}

class SingleLinkedList {
    private Node head;

    public void addFirst(int data) {
        Node newNode = new Node(data);
        newNode.next = head;
        head = newNode;
    }

    public void addLast(int data) {
        Node newNode = new Node(data);
        if (head == null) {
            head = newNode;
        } else {
            Node current = head;
            while (current.next != null) {
                current = current.next;
            }
            current.next = newNode;
        }
    }

    public void insertAfter(Node prevNode, int data) {
        if (prevNode == null) {
            throw new IllegalArgumentException("Previous node cannot be null");
        }
        Node newNode = new Node(data);
        newNode.next = prevNode.next;
        prevNode.next = newNode;
    }

    public void deleteNode(Node node) {
        if (node == null) {
            throw new IllegalArgumentException("Node to be deleted cannot be null");
        }
        if (node == head) {
            head = head.next;
        } else {
            Node current = head;
            while (current.next != node) {
                current = current.next;
            }
            current.next = node.next;
        }
    }

    public boolean isEmpty() {
        return head == null;
    }

    public int size() {
        int count = 0;
        Node current = head;
        while (current != null) {
            count++;
            current = current.next;
        }
        return count;
    }

    public void printList() {
        Node current = head;
        while (current != null) {
            System.out.print(current.data + " ");
            current = current.next;
        }
        System.out.println();
    }
}

常见问题解答

• 为什么单链表比数组更适合存储列表数据？

单链表比数组更适合存储列表数据，因为它可以动态调整大小，而数组的长度是固定的。这意味着单链表可以容纳任何数量的元素，而不会出现内存溢出问题。

• 如何判断单链表是否有环？

可以使用弗洛伊德判圈算法来判断单链表是否有环。该算法使用两个指针，一个指针每次移动一步，另一个指针每次移动两步。如果这两个指针相遇，则链表中有环。

• 如何合并两个单链表？

可以使用递归或迭代方法来合并两个单链表。递归方法使用以下步骤：

1. 如果其中一个链表为空，则返回另一个链表。
2. 否则，将第一个链表的头节点连接到第二个链表的尾部。
3. 将第一个链表的头节点的下一个指针指向合并后的链表。

迭代方法使用以下步骤：

1. 创建一个新的链表作为合并后的链表。
2. 遍历第一个链表，将每个节点添加到合并后的链表的尾部。
3. 遍历第二个链表，将每个节点添加到合并后的链表的尾部。

• 如何查找单链表的中间节点？

可以使用快慢指针法来查找单链表的中间节点。该算法使用两个指针，一个指针每次移动一步，另一个指针每次移动两步。当快指针到达尾节点时，慢指针指向链表的中间节点。

• 如何反转单链表？

可以使用迭代或递归方法来反转单链表。迭代方法使用以下步骤：

1. 创建一个新的链表作为反转后的链表。
2. 遍历原始链表，将每个节点添加到反转后的链表的头节点。

递归方法使用以下步骤：

1. 如果链表为空或只包含一个节点，则返回链表。
2. 否则，将链表的尾节点连接到链表的头节点。
3. 将链表的尾节点的下一个指针指向反转后的链表。