每日算法打卡-20200323-快慢指针法

1.题目描述

给定一个带有头结点 head 的非空单链表，返回链表的中间结点。

如果有两个中间结点，则返回第二个中间结点

示例 1：

输入：[1,2,3,4,5]

输出：此列表中的结点 3 (序列化形式：[3,4,5])

返回的结点值为 3 。 (测评系统对该结点序列化表述是 [3,4,5])。

注意，我们返回了一个 ListNode 类型的对象 ans，这样：ans.val = 3, ans.next.val = 4, ans.next.next.val = 5, 以及ans.next.next.next = NULL.

示例 2：

输入：[1,2,3,4,5,6]

输出：此列表中的结点 4 (序列化形式：[4,5,6])

由于该列表有两个中间结点，值分别为 3 和 4，我们返回第二个结点。

提示：

给定链表的结点数介于 1 和 100 之间。

2.思路

方法一：数组

思路和算法

链表的缺点在于不能通过下标访问对应的元素。因此我们可以考虑对链表进行遍历，同时将遍历到的元素依次放入数组 A 中。如果我们遍历到了 N 个元素，那么链表以及数组的长度也为 N，对应的中间节点即为 A[N/2]

<code>class Solution {
    public ListNode middleNode(ListNode head) {
        ListNode[] A = new ListNode[100];
        int t = 0;
        while (head != null) {
            A[t++] = head;
            head = head.next;
        }
        return A[t / 2];
    }
}/<code>

复杂度分析

时间复杂度：O(N)O(N)，其中 NN 是给定链表中的结点数目。

空间复杂度：O(N)O(N)，即数组 A 用去的空间。

方法二：单指针法

我们可以对方法一进行空间优化，省去数组 A。

我们可以对链表进行两次遍历。第一次遍历时，我们统计链表中的元素个数 N；第二次遍历时，我们遍历到第 N/2 个元素（链表的首节点为第 0 个元素）时，将该元素返回即可

<code>class Solution {
    public ListNode middleNode(ListNode head) {
        int n = 0;
        ListNode cur = head;
        while (cur != null) {
            ++n;
            cur = cur.next;
        }
        int k = 0;
        cur = head;
        while (k < n / 2) {
            ++k;
            cur = cur.next;
        }
        return cur;
    }
}/<code>

复杂度分析

时间复杂度：O(N)O(N)，其中 NN 是给定链表的结点数目。

空间复杂度：O(1)O(1)，只需要常数空间存放变量和指针。

方法三：快慢指针法

思路和算法

我们可以继续优化方法二，用两个指针 slow 与 fast 一起遍历链表。slow 一次走一步，fast 一次走两步。那么当 fast 到达链表的末尾时，slow 必然位于中间。

<code>class Solution {
    public ListNode middleNode(ListNode head) {
        ListNode slow = head, fast = head;
        while (fast != null && fast.next != null) {
            slow = slow.next;
            fast = fast.next.next;
        }
        return slow;
    }
}/<code>

复杂度分析

时间复杂度：O(N)O(N)，其中 NN 是给定链表的结点数目。

空间复杂度：O(1)O(1)，只需要常数空间存放 slow 和 fast 两个指针。

作者：LeetCode-Solution

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關鍵字: 指针 快慢 算法