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单链表反转/逆序的两种方法

2012-12-21 09:00 浏览: 2510509 次 我要评论(0 条) 字号:


  • 前面我们大约把单链表 ADT 的基本操作都过了一遍,但是这还不够。单链表在面试与笔试中出现的几率很高,接下来我们再花点时间把常见的单链表面试题尽可能过一遍,彻底掌握单链表~
  • 那开始我们的第一个面试题?不妨做做“单链表反转”,或者说“单链表逆序”吧?还是基于前面的例子。

究竟要如何反转呢?我们不妨拿一个例子来说明一下算法。

  • 我先画一个单链表,这个单链表有4个元素。我的思路就是,每次把第二个元素提到最前面来。比如下面是第一次交换,我们先让头结点的next域指向结点a2,再让结点a1的next域指向结点a3,最后将结点a2的next域指向结点a1,就完成了第一次交换。
第一次交换
  • 然后进行相同的交换将结点a3移动到结点a2的前面,然后再将结点a4移动到结点a3的前面就完成了反转。
第二次交换
第三次交换
  • 思路有了,那就可以写代码了。这里我们需要额外的两个工作指针来辅助交换。这个下面的步骤慢慢理解下,结合图片。注意结点之间的关系要先断再连。

步骤:

  1. 定义当前结点 current,初始值为首元结点,current = L->next;
  2. 定义当前结点的后继结点 pnext, pnext = current->next; 
  3. 只要 pnext 存在,就执行以下循环:
    • 定义新节点 prev,它是 pnext的后继结点,prev = pnext->next;
    • 把pnext的后继指向current, pnext->next = current;
    • 此时,pnext 实际上已经到了 current 前一位成为新的current,所以这个时候 current 结点实际上成为新的 pnext,current = pnext;
    • 此时,新的 current 就是 pnext,current = pnext;
    • 而新的 pnext 就是 prev,pnext = prev;
  4. 最后将头结点与 current 重新连上即可,L->next = current;

函数设计如下:


/* 单链表反转/逆序 */
Status ListReverse(LinkList L)
{
LinkList current,pnext,prev;
if(L == NULL || L->next == NULL)
return L;
current = L->next; /* p1指向链表头节点的下一个节点 */
pnext = current->next;
current->next = NULL;
while(pnext)
{
prev = pnext->next;
pnext->next = current;
current = pnext;
pnext = prev;
printf("交换后:current = %d,next = %d n",current->data,current->next->data);
}
//printf("current = %d,next = %d n",current->data,current->next->data);
L->next = current; /* 将链表头节点指向p1 */
return L;
}
  • 其实在你写函数的时候,我也写了个函数,也能运行。思路也差不多,不过你的current一直是表的第一个结点,我这里的current始终是首元结点的值,我的函数需要每次对pnext重新赋值。一会解释下。

Status ListReverse2(LinkList L)
{
LinkList current, p;

if (L == NULL)
{
return NULL;
}
current = L->next;
while (current->next != NULL)
{
p = current->next;
current->next = p->next;
p->next = L->next;
L->next = p;
}
return L;
}
  1. p = current->next; p 就相当于前面的 pnext。(图1中a2即为p)
  2. current->next = p->next; p->next 就相当于 prev的角色,这句代码意思是 current 的后继指向 prev.(相当于图1中a1->next = a3(a2->next))
  3. p->next = L->next; 这句就是 p 的后继直接指向首元节点。(相当于图1中a2->next = a1)
  4. L->next = p; 然后再将头结点指向 p。(相当于图1中L->next = a2)
  • 参照图就很容易理解上面的步骤了。我觉得我这么写比你的清晰一些。我先将current指向prev,再将pnext指向current,最后将头结点指向pnext。

这个是程序运行的结果。


整体创建L的元素(头插法):
// 原链表,current = 68, pnext = 55,68指向18,55指向18,头结点指向55
-> 68 -> 55 -> 18 -> 45 -> 41 -> 43 -> 5 -> 28 -> 80 -> 67

// 第一次交换后,原链表变成这样
-> 55 -> 68 -> 18 -> 45 -> 41 -> 43 -> 5 -> 28 -> 80 -> 67
// 进行第二次交换,pnext = 18,68指向45,18变成头结点
-> 18 -> 55 -> 68 -> 45 -> 41 -> 43 -> 5 -> 28 -> 80 -> 67
// 进行第三次交换,pnext = current->next = 45,68指向41,45变成头结点
-> 45 -> 18 -> 55 -> 68 -> 41 -> 43 -> 5 -> 28 -> 80 -> 67
// ……
-> 41 -> 45 -> 18 -> 55 -> 68 -> 43 -> 5 -> 28 -> 80 -> 67

-> 43 -> 41 -> 45 -> 18 -> 55 -> 68 -> 5 -> 28 -> 80 -> 67

-> 5 -> 43 -> 41 -> 45 -> 18 -> 55 -> 68 -> 28 -> 80 -> 67

-> 28 -> 5 -> 43 -> 41 -> 45 -> 18 -> 55 -> 68 -> 80 -> 67

-> 80 -> 28 -> 5 -> 43 -> 41 -> 45 -> 18 -> 55 -> 68 -> 67
// current 68 没有后继,反转结束
-> 67 -> 80 -> 28 -> 5 -> 43 -> 41 -> 45 -> 18 -> 55 -> 68


反转L后
-> 67 -> 80 -> 28 -> 5 -> 43 -> 41 -> 45 -> 18 -> 55 -> 68

最后附上完整代码,反转有两个函数。

  • 方法1,current始终保持在第一位,pnext与prev遍历并完成交换。
  • 方法2,current始终是原链表的第一个数,然后把pnext不断移动到首位。

#include "stdio.h"

#define OK 1
#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0

#define MAXSIZE 20 /* 存储空间初始分配量 */

typedef int Status;/* Status是函数的类型,其值是函数结果状态代码,如OK等 */
typedef int ElemType;/* ElemType类型根据实际情况而定,这里假设为int */

typedef struct Node
{
ElemType data;
struct Node *next;
}Node;
/* 定义LinkList */
typedef struct Node *LinkList;

/* 初始化顺序线性表 */
Status InitList(LinkList *L)
{
*L=(LinkList)malloc(sizeof(Node)); /* 产生头结点,并使L指向此头结点 */
if(!(*L)) /* 存储分配失败 */
{
return ERROR;
}
(*L)->next=NULL; /* 指针域为空 */

return OK;
}

/* 初始条件:顺序线性表L已存在。操作结果:返回L中数据元素个数 */
int ListLength(LinkList L)
{
int i=0;
LinkList p=L->next; /* p指向第一个结点 */
while(p)
{
i++;
p=p->next;
}
return i;
}

/* 初始条件:顺序线性表L已存在。操作结果:将L重置为空表 */
Status ClearList(LinkList *L)
{
LinkList p,q;
p=(*L)->next; /* p指向第一个结点 */
while(p) /* 没到表尾 */
{
q=p->next;
free(p);
p=q;
}
(*L)->next=NULL; /* 头结点指针域为空 */
return OK;
}

/* 初始条件:顺序线性表L已存在 */
/* 操作结果:依次对L的每个数据元素输出 */
Status ListTraverse(LinkList L)
{
LinkList p=L->next;
while(p)
{
visit(p->data);
p=p->next;
}
printf("n");
return OK;
}

Status visit(ElemType c)
{
printf("-> %d ",c);
return OK;
}

/* 初始条件:顺序线性表L已存在,1≤i≤ListLength(L) */
/* 操作结果:用e返回L中第i个数据元素的值 */
Status GetElem(LinkList L,int i,ElemType *e)
{
int j;
LinkList p;/* 声明一结点p */
p = L->next;/* 让p指向链表L的第一个结点 */
j = 1;/* j为计数器 */
while (p && j < i) /* p不为空或者计数器j还没有等于i时,循环继续 */
{
p = p->next; /* 让p指向下一个结点 */
++j;
}
if ( !p || j>i )
return ERROR; /* 第i个元素不存在 */
*e = p->data; /* 取第i个元素的数据 */
return OK;
}

/* 初始条件:顺序线性表L已存在 */
/* 操作结果:返回L中第1个与e满足关系的数据元素的位序。 */
/* 若这样的数据元素不存在,则返回值为0 */
int LocateElem(LinkList L,ElemType e)
{
int i=0;
LinkList p=L->next;
while(p)
{
i++;
if(p->data==e) /* 找到这样的数据元素 */
return i;
p=p->next;
}

return 0;
}

/* 随机产生n个元素的值,建立带表头结点的单链线性表L(头插法) */
void CreateListHead(LinkList *L, int n)
{
LinkList p;
int i;
srand(time(0)); /* 初始化随机数种子 */
*L = (LinkList)malloc(sizeof(Node));
(*L)->next = NULL; /* 先建立一个带头结点的单链表 */
for (i=0; i < n; i++)
{
p = (LinkList)malloc(sizeof(Node)); /* 生成新结点 */
p->data = rand()%100+1; /* 随机生成100以内的数字 */
p->next = (*L)->next;
(*L)->next = p;/* 插入到表头 */
}
}

/* 随机产生n个元素的值,建立带表头结点的单链线性表L(尾插法) */
void CreateListTail(LinkList *L, int n)
{
LinkList p,r;
int i;
srand(time(0)); /* 初始化随机数种子 */
*L = (LinkList)malloc(sizeof(Node)); /* L为整个线性表 */
r=*L; /* r为指向尾部的结点 */
for (i=0; i < n; i++)
{
p = (Node *)malloc(sizeof(Node)); /* 生成新结点 */
p->data = rand()%100+1; /* 随机生成100以内的数字 */
r->next=p; /* 将表尾终端结点的指针指向新结点 */
r = p; /* 将当前的新结点定义为表尾终端结点 */
}
r->next = NULL; /* 表示当前链表结束 */
}

/* 初始条件:顺序线性表L已存在,1≤i≤ListLength(L), */
/* 操作结果:在L中第i个位置之前插入新的数据元素e,L的长度加1 */
Status ListInsert(LinkList *L,int i,ElemType e)
{
int j;
LinkList p,s;
p = *L; /* 声明一个结点 p,指向头结点 */
j = 1;
while (p && j < i) /* 寻找第i个结点 */
{
p = p->next;
++j;
}
if (!p || j > i)
return ERROR; /* 第i个元素不存在 */
s = (LinkList)malloc(sizeof(Node)); /* 生成新结点(C语言标准函数) */
s->data = e;
s->next = p->next; /* 将p的后继结点赋值给s的后继 */
p->next = s; /* 将s赋值给p的后继 */
return OK;
}

/* 初始条件:顺序线性表L已存在,1≤i≤ListLength(L) */
/* 操作结果:删除L的第i个数据元素,并用e返回其值,L的长度减1 */
Status ListDelete(LinkList *L,int i,ElemType *e)
{
int j;
LinkList p,q;
p = *L;
j = 1;
while (p->next && j < i)/* 遍历寻找第i个元素 */
{
p = p->next;
++j;
}
if (!(p->next) || j > i)
return ERROR; /* 第i个元素不存在 */
q = p->next;
p->next = q->next;/* 将q的后继赋值给p的后继 */
*e = q->data; /* 将q结点中的数据给e */
free(q); /* 让系统回收此结点,释放内存 */
return OK;
}

/* 单链表反转/逆序 */
Status ListReverse(LinkList L)
{
LinkList current,pnext,prev;
if(L == NULL || L->next == NULL)
return L;
current = L->next; /* p1指向链表头节点的下一个节点 */
pnext = current->next;
current->next = NULL;
while(pnext)
{
prev = pnext->next;
pnext->next = current;
current = pnext;
pnext = prev;
}
//printf("current = %d,next = %d n",current->data,current->next->data);
L->next = current; /* 将链表头节点指向p1 */
return L;
}

Status ListReverse2(LinkList L)
{
LinkList current, p;

if (L == NULL)
{
return NULL;
}
current = L->next;
while (current->next != NULL)
{
p = current->next;
current->next = p->next;
p->next = L->next;
L->next = p;
ListTraverse(L);
printf("current = %d, n", current -> data);
}
return L;
}

int main()
{
LinkList L;
Status i;
int j,k,pos,value;
char opp;
ElemType e;

i=InitList(&L);
printf("链表L初始化完毕,ListLength(L)=%dn",ListLength(L));

printf("n1.整表创建(头插法) n2.整表创建(尾插法) n3.遍历操作 n4.插入操作");
printf("n5.删除操作 n6.获取结点数据 n7.查找某个数是否在链表中 n8.置空链表");
printf("n9.链表反转逆序");
printf("n0.退出 n请选择你的操作:n");
while(opp != '0'){
scanf("%c",&opp);
switch(opp){
case '1':
CreateListHead(&L,10);
printf("整体创建L的元素(头插法):n");
ListTraverse(L);
printf("n");
break;

case '2':
CreateListTail(&L,10);
printf("整体创建L的元素(尾插法):n");
ListTraverse(L);
printf("n");
break;

case '3':
ListTraverse(L);
printf("n");
break;

case '4':
printf("要在第几个位置插入元素?");
scanf("%d",&pos);
printf("插入的元素值是多少?");
scanf("%d",&value);
ListInsert(&L,pos,value);
ListTraverse(L);
printf("n");
break;

case '5':
printf("要删除第几个元素?");
scanf("%d",&pos);
ListDelete(&L,pos,&e);
printf("删除第%d个元素成功,现在链表为:n", pos);
ListTraverse(L);
printf("n");
break;

case '6':
printf("你需要获取第几个元素?");
scanf("%d",&pos);
GetElem(L,pos,&e);
printf("第%d个元素的值为:%dn", pos, e);
printf("n");
break;

case '7':
printf("输入你需要查找的数:");
scanf("%d",&pos);
k=LocateElem(L,pos);
if(k)
printf("第%d个元素的值为%dn",k,pos);
else
printf("没有值为%d的元素n",pos);
printf("n");
break;

case '8':
i=ClearList(&L);
printf("n清空L后:ListLength(L)=%dn",ListLength(L));
ListTraverse(L);
printf("n");
break;

case '9':
ListReverse2(L);
printf("n反转L后n");
ListTraverse(L);
printf("n");
break;

case '0':
exit(0);
}
}

}


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