求单链表倒数第N个数

“距离-标尺”问题
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  • 昨天我们解决了单链表逆序的问题,同时给出了三种解决方案。今天我们解决另外一个常见面试题:求单链表倒数第N个数。这个问题很有代表性。

不管是顺数n个还是倒数n个,其实都是距离-标尺问题。标尺是一段距离可以用线段的两个端点来衡量,我们能够判断倒数第一个节点,因为他的next==NULL。如果我们用两个指针,并保持他们的距离为n,那么当这个线段的右端指向末尾节点时,左端节点就指向倒数第n个节点。

所以思路出来了:建立两个指针,第一个先走n步,然后第2个指针也开始走,两个指针步伐(前进速度)一致。当第一个结点走到链表末尾时,第二个节点的位置就是我们需要的倒数第n个节点的值。

先让第一个工作结点 firstNode 往前走,走到第 n 步就停下:

while (i < n && firstNode->next != NULL)
{
	//正数N个节点,firstNode指向正的第N个节点
	i++;
	firstNode = firstNode->next;
	printf("%d\n", i);
}

然后两个节点都开始走。 firstNode 从停下的地方继续走,而 secNode 则是从表头开始走。很明显,当 firstNode 走到表尾的时候,secNode 就正好走到表的倒数第 n 个数了。

while (firstNode != NULL)
{
	//查找倒数第N个元素
	secNode = secNode->next;
	firstNode = firstNode->next;
	//printf("secNode:%d\n", secNode->data);
	//printf("firstNode:%d\n", firstNode->data);
}

这个是“距离 - 标尺”的典型例子。求整数第 n 个数呢?这个。。。直接看前些天的文章,在同一个专题里。就是查找嘛。

附完整代码(完整函数在代码里):

#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;
}

Status ListReverse3(LinkList L)
{
    LinkList newList;    //新链表的头结点
    LinkList tmp;       //指向L的第一个结点,也就是要摘除的结点

    //参数为空或者内存分配失败则返回NULL
    if (L == NULL || (newList = (LinkList)malloc(sizeof(Node))) == NULL)
    {
        return NULL;
    }

    //初始化newList
    newList->data = L->data;
    newList->next = NULL;

    //依次将L的第一个结点放到newList的第一个结点位置
    while (L->next != NULL)
    {
        tmp = newList->next;         //保存newList中的后续结点
        newList->next = L->next;       //将L的第一个结点放到newList中
        L->next = L->next->next;     //从L中摘除这个结点
        newList->next->next = tmp;        //恢复newList中后续结点的指针
    }

    //原头结点应该释放掉,并返回新头结点的指针
    free(L);
    return newList;
}

// 获取单链表倒数第N个结点值
Status GetNthNodeFromBack(LinkList L, int n, ElemType *e)
{
    int i = 0;
    LinkList firstNode = L;
    while (i < n && firstNode->next != NULL)
    {
        //正数N个节点,firstNode指向正的第N个节点
        i++;
        firstNode = firstNode->next;
        printf("%d\n", i);
    }
    if (firstNode->next == NULL && i < n - 1)
    {
        //当节点数量少于N个时,返回NULL
        printf("超出链表长度\n");
        return ERROR;
    }
    LinkList secNode = L;
    while (firstNode != NULL)
    {
        //查找倒数第N个元素
        secNode = secNode->next;
        firstNode = firstNode->next;
        //printf("secNode:%d\n", secNode->data);
        //printf("firstNode:%d\n", firstNode->data);
    }
    *e = secNode->data;
    return OK;
}

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

    i=InitList(&L);
    printf("链表L初始化完毕,ListLength(L)=%d\n",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 \n10.求链表倒数第N个数");
    printf("\n0.退出 \n请选择你的操作:\n");
    while(opp != '0'){
        scanf("%d",&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:%d\n", 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%d\n",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)=%d\n",ListLength(L));
                ListTraverse(L);
                printf("\n");
                break;

            case 9:
                ListReverse2(L);
                //L=ListReverse3(L);
                printf("\n反转L后\n");
                ListTraverse(L);
                printf("\n");
                break;

            case 10:
                printf("你要查找倒数第几个结点的值?");
                scanf("%d", &value);
                GetNthNodeFromBack(L,value,&e);
                printf("倒数第%d个元素的值为:%d\n", value, e);
                printf("\n");
                break;

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

}

延伸阅读

此文章所在专题列表如下:

  1. 第01话:线性表的概念与定义
  2. 第02话:线性表的抽象数据类型ADT定义
  3. 第03话:线性表的顺序存储结构
  4. 第04话:线性表的初始化
  5. 第05话:线性表的遍历、插入操作
  6. 第06话:判断线性表是否为空与置空操作
  7. 第07话:线性表的查找操作
  8. 第08话:线性表删除某个元素
  9. 线性表顺序存储的优缺点
  10. 线性表链式存储结构的由来与基本概念
  11. 单链表的头指针、头结点与首元结点
  12. 单链表的结构体定义与声明
  13. 单链表的初始化
  14. 单链表的插入与遍历操作
  15. 单链表的删除某个元素的操作
  16. 获取单链表中的指定位置的元素
  17. 查找某数在单链表中的位置
  18. 用头插法实现单链表整表创建
  19. 用尾插法实现单链表整表创建
  20. 将单链表重置为空表
  21. 单链表反转/逆序的两种方法
  22. 单链表反转/逆序的第三种方法
  23. 求单链表倒数第N个数
  24. 用标尺法快速找到单链表的中间结点
  25. 如何判断链表是否有环的存在
  26. 单链表建环,无环链表变有环
  27. 删除单链表中的重复元素

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