BAT 經典演算法筆試題 —— 逆轉單向連結串列

不善言談的優秀程式設計師在面試中往往是要吃鉅虧的，你沒有辦法通過說話來輕易證明自己的實力。不論是大廠還是小廠，大部分面試官都不具備優秀的面試能力，它們也只能通過三言兩語觀察一下面試者的表面工夫。有很多這樣吃了虧的程式設計師，不喜歡準備面試，不喜歡吹噓虛假的不存在的經驗和能力，甚至連網上的筆試題都懶得做，因為在實際工作中這些鳥題根本一點都用不上。

但是這並不是什麼值得驕傲的真誠，面試不做準備是對目標企業的不尊重，也是個人性格上自大的一種表現。雖然所有的面試官都希望面試者是真實的無虛假的不做表面文章的，但是這樣的人真的站在你面前時，幾乎所有的面試官往往又都看不上。

那如何在儘量少做表面功夫的基礎上讓面試官能夠看上你？其中的方法之一就是展現平時個人優秀的作品和實現程式碼，但是這需要時間需要實打實的功夫，能夠有機會作出優秀個人作品的人並不多見，大多數人都在忙碌的工作中耗盡了所有的時間。那還有一個方法就是在筆試階段大顯身手，讓自己優秀的程式碼能力躍然紙上，讓面試官瞬間對你產生不一樣的感覺。

不要被筆試階段那些演算法題給吼到了，在你眼裡似乎它們是為程式天才們準備的。其實大多數公司的筆試題也是來源於網上，那些被無數人做爛的題目。你被題目搞暈了而別人沒有，那是因為別人已經做過這道題了，而不是智商所致。

就拿今天我要講的演算法題 —— 逆轉單向連結串列，它是一個非常簡單的題目，但是如果你是第一次見到這道題，將它完完整整沒有 bug 的寫出來是著實需要費一番功夫的。期望在那短短的筆試題環節就輕鬆搞定這道題，那真是非常有演算法天賦的人才能做到的事。難道大廠裡面的程式設計師個個都是天才，鬼才相信。天才總是極少數的，多數都是像老錢這樣的庸才。

好，言歸正傳，下面我們開始講解今天的演算法題 —— 逆轉單向連結串列。首先這是一個單向的連結串列，不同於 Java 裡面的 LinkedList，它是雙向的連結串列。連結串列中每個節點之間通過 next 指標串接起來，會有一個連結串列頭和連結串列尾指標 hold 住整個連結串列。逆轉的任務就是將 head -> a -> b -> c -> d <- tail 變成 head -> d -> c -> b -> a <- tail。

連結串列結構表示

class Node<T> {
	T value;
	Node<T> next;

	Node(T value) {
		this.value = value;
	}
}

class ReverseLinkedList<T> {
  Node<T> head, tail;
}
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連結串列構造器

我們需要將所有的元素一個一個的使用 next 指標串接起來，連結串列的頭尾節點要用 head 和 tail 變數把持住。加入新元素時，需要調整尾部節點的 next 指標，指向新加入的元素節點。

class ReverseLinkedList<T> {
  private Node<T> head, tail;
  
  public ReverseLinkedList(T... values) {
	for (T value : values) {
		if (tail == null) {
            // 第一個節點
			head = tail = new Node<>(value);
		} else {
            // 後面的節點往連結串列尾部追加
			Node<T> oldTail = tail;
			oldTail.next = tail = new Node<>(value);
		}
	}
  }
}

ReverseLinkedList<Integer> l = new ReverseLinkedList<>(1,2,3,4,5,6);
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連結串列內容呈現

我們需要提供一個連結串列的輸出方法，以便快速對比逆轉後連結串列的內容是否正確

class ReverseLinkedList<T> {
  private Node<T> head, tail;

  public String toString() {
	StringBuilder sb = new StringBuilder();
	sb.append('[');
	Node<T> cur = head;
	while (cur != null) {
		sb.append(cur.value);
		cur = cur.next;
		if (cur != null) {
			sb.append(',');
		}
	}
	sb.append(']');
	return sb.toString();
  }
}
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迭代逆轉演算法

迴圈調整 next 指標是最容易想到的方法，但是要將指標精確地逆轉正確其實並不容易。下面程式碼中的迴圈部分很短，但是卻很精緻，使用了三個臨時區域性變數 cur、next 和 nextnext，稍有不慎就會出錯。

當我寫完下面這段程式碼時，雖然可以正常執行出期望的結果，但是總當心哪裡會有遺漏，是不是什麼地方少了個 if else，這就是編寫演算法程式碼時常見的心理狀態。

class ReverseLinkedList<T> {
  private Node<T> head, tail
  
  public ReverseLinkedList<T> reverseByLoop() {
    // 空連結串列或者單元素都無需處理
	if (head == tail) {
		return this;
	}
	Node<T> cur = head;
	Node<T> next = cur.next;
	while (next != null) {
		Node<T> nextnext = next.next;
		next.next = cur;
		cur = next;
		next = nextnext;
	}
	tail = head;
	tail.next = null;
	head = cur;
	return this;
  }
}
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遞迴逆轉演算法

使用遞迴的思想來解決這個問題也是一個很好的主意，只不過當連結串列特別長時，呼叫棧會很深，連結串列長到一定程度就會丟擲臭名昭著的異常 StackOverflowException。

class ReverseLinkedList<T> {
  private Node<T> head, tail

  public ReverseLinkedList<T> reverseByRecursive() {
	Node<T> oldTail = tail;
	tail = reverseFrom(head);
	tail.next = null;
	head = oldTail;
	return this;
  }

  private Node<T> reverseFrom(Node<T> from) {
  	if (from == tail) {
	  return from;
	}
	Node<T> end = reverseFrom(from.next);
	end.next = from;
	return from;
  }
}
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完整程式碼

package leetcode;

public class ReverseLinkedList<T> {

	static class Node<T> {
		T value;
		Node<T> next;

		Node(T value) {
			this.value = value;
		}
	}

	Node<T> head;
	Node<T> tail;

	@SafeVarargs
	public ReverseLinkedList(T... values) {
		for (T value : values) {
			if (tail == null) {
				head = tail = forNode(value);
			} else {
				Node<T> oldTail = tail;
				oldTail.next = tail = forNode(value);
			}
		}
	}

	public ReverseLinkedList<T> reverseByLoop() {
		if (head == tail) {
			return this;
		}
		Node<T> cur = head;
		Node<T> next = cur.next;
		while (next != null) {
			Node<T> nextnext = next.next;
			next.next = cur;
			cur = next;
			next = nextnext;
		}
		tail = head;
		tail.next = null;
		head = cur;
		return this;
	}

	public ReverseLinkedList<T> reverseByRecursive() {
		Node<T> oldTail = tail;
		tail = reverseFrom(head);
		tail.next = null;
		head = oldTail;
		return this;
	}

	private Node<T> reverseFrom(Node<T> from) {
		if (from == tail) {
			return from;
		}
		Node<T> end = reverseFrom(from.next);
		end.next = from;
		return from;
	}

	public String toString() {
		StringBuilder sb = new StringBuilder();
		sb.append('[');
		Node<T> cur = head;
		while (cur != null) {
			sb.append(cur.value);
			cur = cur.next;
			if (cur != null) {
				sb.append(',');
			}
		}
		sb.append(']');
		return sb.toString();
	}

	private static <T> Node<T> forNode(T value) {
		return new Node<>(value);
	}

	public static void main(String[] args) {
		ReverseLinkedList<Integer> rl = new ReverseLinkedList<>(1, 2, 3, 4, 5, 6);
		System.out.println(rl.reverseByRecursive().reverseByRecursive());
	}
}
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