От переводчика:
Данная статья является переводом статьи, опубликованной в блоге javarevisited. Она может быть интересна как новичкам, так и опытным программистам при подготовке к собеседованиям. В дальнейшем, планируется перевод цикла статей об алгоритмах и рецептах решений проблем как типового, так и академического характера. С удовольствием принимаются конструктивные предложения и замечания как по качеству перевода, так и по выбору новых статей
Нахождение 3-го элемента от конца в односвязном списке или n-го узла от хвоста является одним из каверзных и часто задаваемых вопросов по проблемам односвязных списков на собеседованиях. Задача, в данном случае, в том, чтобы решить проблему всего в один проход цикла, т.е., нельзя снова пройтись по связному списку и нельзя идти в обратном направлении, т.к. список односвязный. Если вы когда-нибудь решали проблемы связных списков, например, нахождение длины, вставки или удаления элементов, вы должны уже быть знакомы с вопросом обхода списков. В данной статье мы используем тот же самый алгоритм, который мы использовали для нахождения срединного элемента связного списка в один проход цикла. Этот алгоритм также известен как «алгоритм черепахи и зайца» из-за скорости двух указателей, используемых алгоритмом для обхода односвязного списка.
Если вы помните, алгоритм использует два указателя — быстрый и медленный. Медленный указатель начинает обход, когда быстрый достигает N-ого элемента, например, для нахождения 3-го элемента от конца, второй указатель начнет обход, когда первый указатель достигнет 3-го элемента.
После этого, оба указателя двигаются на один шаг за итерацию, пока первый указатель не будет указывать на null, что говорит о достижении конца связного списка. В этот момент, второй указатель указывает на 3-й или N-й узел от конца. Проблема решена, вы можете либо вывести значение узла, либо вернуть ссылку вызывающей стороне в соответствии с вашими требованиями.
Это одна из многих проблем структур данных и и алгоритмических проблем, с которыми вы столкнетесь на типичном собеседовании (см. Cracking the Coding Interviews). Поскольку связанный список является популярной структурой данных, вопросы по нахождению в цикле и определению длины связанных списков, так же как и освещаемый в данной статье, довольно популярны.
Далее приведен полный листинг программы на Java по нахождению N-го элемента от конца односвязного списка. Данная программа решает задачу в один проход, т.е., обход связного списка производится только один раз. Как вы видите, мы использовали всего один цикл while в методе getLastNode(int n). Данный метод принимает целочисленный параметр и может использоваться для нахождения n-го элемента от конца связного списка, например, для 2-го элемента от хвоста, необходимо 2 шага, а для получения 3-го элемента списка — 3.
Класс SinglyLinkedList представляет собой односвязный список в Java. Это тот же класс, который мы использовали ранее в статьях об односвязных списках, например, о реализации связного списка в Java. Это коллекция класса Node, представляющего собой узел связного списка. Он содержит часть данных и ссылку на следующий узел. Класс SinglyLinkedList также содержит ссылку на голову, т.е. первый узел связного списка.
Далее приведено визуальное объяснение нахождения 2-го элемента от хвоста односвязного списка. Видно, как быстрый и медленный указатели проходят по списку, и когда быстрый указатель указывает на хвост, медленный указывает на n-й узел от конца.
Как программист, вы должны знать основные структуры данных и алгоритмы, например, что такое связный список, ее достоинства и недостатки и когда его использовать, например, он хорош для частого добавления и удаления элементов, но уже не так хорош для поиска, т.к. поиск элемента в связном списке занимает O(n) времени. Вы можете прочесть больше о связных списках в хороших книгах о структурах данных и алгоритмах, как, например, Введение в алгоритмы Томаса Х. Кормена — одной из лучших книг для изучения этой темы.
Поначалу, вам может не понравиться эта книга, так как ее немного трудно понять из-за темы и стиля изложения, но вы должны следовать ей и обращаться к ней время от времени, чтобы понимать ключевые структуры данных, например, массивы, связные списки, деревья и т.д.
Вывод
связный список: 1-->2-->3-->4
первый узел от конца: 4
второй узел от конца: 3
третий узел от хвоста:
Вот и все о н��хождении 3-го элемента с конца связного списка в Java. Мы написали программу, решающую задачу в один проход с использованием подхода с двумя указателями, также известного как алгоритм зайца и черепахи, т.к. один указатель медленней второго. Это один из полезных приемов, т.к. вы можете использовать такой же алгоритм для определения цикла в связном списке, как показано тут. Вы также можете творчески подойти к использованию этого алгоритма при решении других проблем, когда необходим обход по связанному списку и манипулирование узлами одновременно.
Данная статья является переводом статьи, опубликованной в блоге javarevisited. Она может быть интересна как новичкам, так и опытным программистам при подготовке к собеседованиям. В дальнейшем, планируется перевод цикла статей об алгоритмах и рецептах решений проблем как типового, так и академического характера. С удовольствием принимаются конструктивные предложения и замечания как по качеству перевода, так и по выбору новых статей
Нахождение 3-го элемента от конца в односвязном списке или n-го узла от хвоста является одним из каверзных и часто задаваемых вопросов по проблемам односвязных списков на собеседованиях. Задача, в данном случае, в том, чтобы решить проблему всего в один проход цикла, т.е., нельзя снова пройтись по связному списку и нельзя идти в обратном направлении, т.к. список односвязный. Если вы когда-нибудь решали проблемы связных списков, например, нахождение длины, вставки или удаления элементов, вы должны уже быть знакомы с вопросом обхода списков. В данной статье мы используем тот же самый алгоритм, который мы использовали для нахождения срединного элемента связного списка в один проход цикла. Этот алгоритм также известен как «алгоритм черепахи и зайца» из-за скорости двух указателей, используемых алгоритмом для обхода односвязного списка.
Если вы помните, алгоритм использует два указателя — быстрый и медленный. Медленный указатель начинает обход, когда быстрый достигает N-ого элемента, например, для нахождения 3-го элемента от конца, второй указатель начнет обход, когда первый указатель достигнет 3-го элемента.
После этого, оба указателя двигаются на один шаг за итерацию, пока первый указатель не будет указывать на null, что говорит о достижении конца связного списка. В этот момент, второй указатель указывает на 3-й или N-й узел от конца. Проблема решена, вы можете либо вывести значение узла, либо вернуть ссылку вызывающей стороне в соответствии с вашими требованиями.
Это одна из многих проблем структур данных и и алгоритмических проблем, с которыми вы столкнетесь на типичном собеседовании (см. Cracking the Coding Interviews). Поскольку связанный список является популярной структурой данных, вопросы по нахождению в цикле и определению длины связанных списков, так же как и освещаемый в данной статье, довольно популярны.
Программа на Java по нахождению N-го узла от хвоста связанного списка
Далее приведен полный листинг программы на Java по нахождению N-го элемента от конца односвязного списка. Данная программа решает задачу в один проход, т.е., обход связного списка производится только один раз. Как вы видите, мы использовали всего один цикл while в методе getLastNode(int n). Данный метод принимает целочисленный параметр и может использоваться для нахождения n-го элемента от конца связного списка, например, для 2-го элемента от хвоста, необходимо 2 шага, а для получения 3-го элемента списка — 3.
Класс SinglyLinkedList представляет собой односвязный список в Java. Это тот же класс, который мы использовали ранее в статьях об односвязных списках, например, о реализации связного списка в Java. Это коллекция класса Node, представляющего собой узел связного списка. Он содержит часть данных и ссылку на следующий узел. Класс SinglyLinkedList также содержит ссылку на голову, т.е. первый узел связного списка.
Далее приведено визуальное объяснение нахождения 2-го элемента от хвоста односвязного списка. Видно, как быстрый и медленный указатели проходят по списку, и когда быстрый указатель указывает на хвост, медленный указывает на n-й узел от конца.
Как программист, вы должны знать основные структуры данных и алгоритмы, например, что такое связный список, ее достоинства и недостатки и когда его использовать, например, он хорош для частого добавления и удаления элементов, но уже не так хорош для поиска, т.к. поиск элемента в связном списке занимает O(n) времени. Вы можете прочесть больше о связных списках в хороших книгах о структурах данных и алгоритмах, как, например, Введение в алгоритмы Томаса Х. Кормена — одной из лучших книг для изучения этой темы.
Поначалу, вам может не понравиться эта книга, так как ее немного трудно понять из-за темы и стиля изложения, но вы должны следовать ей и обращаться к ней время от времени, чтобы понимать ключевые структуры данных, например, массивы, связные списки, деревья и т.д.
N-й узел от конца в односвязном списке
public class Practice { public static void main(String args[]) { SinglyLinkedList list = new SinglyLinkedList(); list.append("1"); list.append("2"); list.append("3"); list.append("4"); System.out.println("связный список : " + list); System.out.println("Первый узел от конца: " + list.getLastNode(1)); System.out.println("Второй узел от конца: " + list.getLastNode(2)); System.out.println("Третий узел от конца: " + list.getLastNode(3)); } } /** * Реализация структуры данных в виде связного списка на Java * * @author Javin * */ class SinglyLinkedList { static class Node { private Node next; private String data; public Node(String data) { this.data = data; } @Override public String toString() { return data.toString(); } } private Node head; // Голова - это первый узел связного списка /** * проверяет, пуст ли список * * @возвращает true если связный список пуст, т.е., узлов нет */ public boolean isEmpty() { return length() == 0; } /** * добавляет узел в хвост связного списка * * @param data */ public void append(String data) { if (head == null) { head = new Node(data); return; } tail().next = new Node(data); } /** * возвращает последний узел или хвост данного связного списка * * @return последний узел */ private Node tail() { Node tail = head; // Находит последний элемент связного списка, известный как хвост while (tail.next != null) { tail = tail.next; } return tail; } /** * метод возвращающий длину связного списка * * @return длину, т.е, число узлов в связном списке */ public int length() { int length = 0; Node current = head; while (current != null) { length++; current = current.next; } return length; } /** * получения n-го узла от конца * * @param n * @return n-й узел от последнего */ public String getLastNode(int n) { Node fast = head; Node slow = head; int start = 1; while (fast.next != null) { fast = fast.next; start++; if (start > n) { slow = slow.next; } } return slow.data; } @Override public String toString() { StringBuilder sb = new StringBuilder(); Node current = head; while (current != null) { sb.append(current).append("-->"); current = current.next; } if (sb.length() >= 3) { sb.delete(sb.length() - 3, sb.length()); } return sb.toString(); } }
Вывод
связный список: 1-->2-->3-->4
первый узел от конца: 4
второй узел от конца: 3
третий узел от хвоста:
Вот и все о н��хождении 3-го элемента с конца связного списка в Java. Мы написали программу, решающую задачу в один проход с использованием подхода с двумя указателями, также известного как алгоритм зайца и черепахи, т.к. один указатель медленней второго. Это один из полезных приемов, т.к. вы можете использовать такой же алгоритм для определения цикла в связном списке, как показано тут. Вы также можете творчески подойти к использованию этого алгоритма при решении других проблем, когда необходим обход по связанному списку и манипулирование узлами одновременно.
