Java算法面试题(002) 如何通过一次迭代找到LinkedList的中间元素

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简介

Java和非Java程序员在电话面试中经常被问及如何仅一次遍历查找到LinkedList的中间元素。这个问题类似于检查回文或者计算阶乘，面试官有时也会要求编写代码。为了回答这个问题，候选人必须熟悉LinkedList数据结构，即在单LinkedList的情况下，链表的每个节点都包含数据和指针，它是下一个链表节点的地址，单链表的最后一个元素指向null。由于为了找到链表的中间元素，你需要找到LinkedList的长度，这需要对链表节点进行计数直到最后一个元素为止。让这个数据结构面试问题有趣的是，你需要在一次遍历中找到LinkedList的中间元素，而你不知道LinkedList的长度。这是考验候选人逻辑能力的地方：他是否熟悉空间和时间的权衡等等。
 
如果你仔细想想，你可以通过使用两个指针来解决这个问题，就像我在上一篇关于如何在Java中查找单一链表的长度的文章中提到的那样。通过使用两个指针，其中一个每次迭代增一，另外一个每两次迭代增。当第一个指针指向链表的末尾时，第二个指针将指向链表的中间节点。

实际上，这两个指针方法可以解决多个相似的问题，如何在一个迭代中从链表中找到倒数第3个元素，或者如何在链表中找到倒数第N个元素。在这个Java编程教程中，我们将看到一个Java程序，它在一个迭代中查找链接列表的中间元素。

这里是完整的Java程序来查找Java中的链表的中间节点。记住LinkedList类是我们的自定义类，不要把这个类与Java中流行的Collection类java.util.LinkedList混淆。在这个Java程序中，我们的类LinkedList表示一个包含节点集合并具有头部和尾部的链表数据结构。每个节点都包含数据和地址部分。 LinkedListTest类的主要方法是用来模拟问题的，在这里我们创建了Linked List，并在其上添加了一些元素，然后遍历它们在Java中一次遍历链接列表的中间元素。

通过一次LinkedList迭代查找中间元素的Java程序

/** * Java program to find middle element of linked list in one pass. In order to * find middle element of linked list we need to find length first but since we * can only traverse linked list one time, we will use two pointers one which we * will increment on each iteration while other which will be incremented every * second iteration. so when first pointer will point to the end of linked list, * second will be pointing to the middle element of linked list *  * @author */public class LinkedListTest {public static void main(String[] args) {// creating LinkedList with 5 elements including headLinkedList list = new LinkedList();list.add(new LinkedList.Node("1"));list.add(new LinkedList.Node("2"));list.add(new LinkedList.Node("3"));list.add(new LinkedList.Node("4"));list.add(new LinkedList.Node("5"));LinkedList.Node head = list.head();// finding middle element of LinkedList in a single passLinkedList.Node current = head;LinkedList.Node middle = head;int length = 0;while (current.next() != null) {length++;if (length % 2 == 0) {middle = middle.next();}current = current.next();}length++;System.out.println("length of LinkedList: " + length);System.out.println("middle element of LinkedList : " + middle);}}class LinkedList {private Node head;private Node tail;/** * Constructs an empty list */public LinkedList() {head = null;tail = null;}public Node head() {return head;}public void add(Node node) {if (head == null) {head = node;tail = node;return;}tail.next = node;tail = node;}public static class Node {private Node next;private String data;public Node(String data) {this.data = data;}public String data() {return data;}public void setData(String data) {this.data = data;}public Node next() {return next;}public void setNext(Node next) {this.next = next;}public String toString() {return this.data;}}}

原文链接

How to find middle element of LinkedList in Java in one pass in Java

译者备注

1. 译文中实现与原实现有些差异，原文中在链表初始化时自动创建了一个无关节点，相关实现也不容易理解，这块在上文中译者进行了优化，感兴趣的可以对比一下原文的实现。

2. 你应该搞清楚迭代一次是什么意思。如果面试官说你不能循环两次而只需要使用一个循环，那么你可以使用两个指针来解决这个问题。在两个指针方法中，你有两个指针，快指针和慢指针。在每个步骤中，快速指针移动两个节点，而慢速指针仅移动一个节点。所以，当快速指针指向最后一个节点，即下一个节点为空时，慢速指针将指向链表的中间节点。

3. 这里再举一个类似的案例，可以使用本文的算法解决： 例如，假设你有一个链表a1  - > a2  - > ...  - > an  - > b1  - > b2  - > ...  - > bn，将其重新排列为a1→b1→a2→b2→b→a→bn。你不知道链表的长度（但是你要知道长度是偶数）。你可以有一个指针p1（快速指针）为每次移动两个元素，而p2(慢速指针)每次移动一个元素。当p1到达链表的末尾时，p2将处于中点。然后，将p1移回前面并开始组织的元素。在每次迭代中，p2选择一个元素并将其插入到p1之后。