剑指offer面试题-Java版-持续更新

最近在用Java刷剑指offer（第二版）的面试题。书中原题的代码采用C++编写，有些题的初衷是为了考察C++的指针、模板等特性，这些题使用Java编写有些不合适。但多数题还是考察通用的算法、数据结构以及编程思想等，与语言本身无太大关系。因此在选择编程语言时，我还是选择了Java。好吧，主要是我C++忘得差不多了，仅仅是曾经学过俩月，使用Java顺手一些。后续可能再用Python刷一遍。

github见：https://github.com/ikheu/sword_offer

第2章 面试需要的基础知识

面试题3  数组中重复的数字

　　题目一：找出数组中重复的数字

• 描述：在长度为n的数组里所有数字都在0~n-1范围内。数组中某些数字是重复的，请找出任意一个重复的数字。如数组｛2, 3, 1, 0, 2, 5, 3｝，输出的重复的数字为2或3。
• 思路：利用数组的索引在0~n-1这个范围的性质，将数字i移至索引i的位置。
• 考点：对数组的理解以及对问题的分析能力。

　　题目二：不修改数组找出重复的数字

• 描述：在长度为n+1的数组里所有数字都在1~n范围内。找出重复的数字，但不修改数组。
• 思路：当然可完全利用题目一的方法，只是需要辅助空间。不需要辅助空间是最好的了。这里使用二分法，对数组进行计数，逐渐缩小重复的数字所处的范围。
• 考点：对二分查找的灵活应用，毕竟写出正确无误的二分法时有些难度的。同时要重视与面试官的沟通，明确需求，如是否能更改数组，是否可以使用辅助空间等。

package sword_offer;
// page 39 数组中重复的数字

public class Solution3 {
    // 题目1
    // 输出数组中重复的数字，空间复杂度O(1)，时间复杂度O(n)
    // 数组长度为n，数字在0~n-1范围内
    public static int duplicate(int[] arr) {
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            //System.out.println(i);
            while (arr[i] != i) {
                if (arr[i] == arr[arr[i]])
                    return arr[i];
                else {
                    int temp = arr[i];
                    arr[i] = arr[temp];
                    arr[temp] = temp;
                    //System.out.println(Arrays.toString(arr));
                }
            }
        }
        return -1;
    }

    // 题目2
    // 输出数组中重复的数字，空间复杂度O(1)，时间复杂度O(nlog(n))
    // 数组长度为n+1，数字在1~n范围内，要求不修改数组，并不使用辅助空间
    public static int getDuplication(int[] arr) {
        int start = 1;
        int end = arr.length - 1;
        while(end >= start) {
            int middle = (end - start) / 2 + start;
            int count = getCount(arr, start, middle);
            if (end == start) {
                if (count > 1)
                    return start;
                else
                    break;
            }
            if (count > middle - start + 1) {
                end = middle;
            }
            else
                start = middle + 1;
        }
        return -1;
    }

    // 计算数组arr元素处在[start, end]范围内元素个数
    private static int getCount(int[] arr, int start, int end) {
        int count = 0;
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            if (arr[i] >= start && arr[i] <= end) count++;
        }
        return count;
    }

    // 测试
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {1, 2, 3, 1};
        System.out.println(duplicate(arr));int[] arr2 = {2, 3, 5, 4, 3, 2, 6, 7};
        System.out.println(getDuplication(arr2));
    }
}

面试题4  二维数组中的查找

• 描述：二维数组中，数字按从左到右、从上到下的顺序递增。给定一个整数，判断该数组中是否含有该整数。
• 思路：从数组的右上角或左下角开始进行查找数据，缩小可能包含该数的范围。
• 考点：画图分析问题，寻求问题的突破口。并能正确编写程序，避免死循环等问题。

例如，从二维数组$\left[ {\begin{array}{*{20}{c}}
{1}&{2}&{8}&9 \\ 
{1}&{4}&{9}&{12} \\ 
{4}&{7}&{10}&{13} \\ 
{6}&{8}&{11}&{15} 
\end{array}} \right]$中寻找是否包含数字7。

从右上角查找时，逐渐向左下方缩小范围。红色的代表包含目标值7的区域，过程如下：

$$\left[ {\begin{array}{*{20}{c}}
{\color{red}1}&{\color{red}2}&{\color{red}8}&9 \\
{\color{red}1}&{\color{red}4}&{\color{red}9}&{12} \\
{\color{red}4}&{\color{red}7}&{\color{red}{10}}&{13} \\
{\color{red}6}&{\color{red}8}&{\color{red}{11}}&{15}
\end{array}} \right]\to\left[ {\begin{array}{*{20}{c}}
{\color{red}1}&{\color{red}2}&{8}&9 \\
{\color{red}1}&{\color{red}4}&{9}&{12} \\
{\color{red}4}&{\color{red}7}&{10}&{13} \\
{\color{red}6}&{\color{red}8}&{11}&{15}
\end{array}} \right]\to\left[ {\begin{array}{*{20}{c}}
{1}&{2}&{8}&9 \\
{\color{red}1}&{\color{red}4}&{9}&{12} \\
{\color{red}4}&{\color{red}7}&{10}&{13} \\
{\color{red}6}&{\color{red}8}&{11}&{15}
\end{array}} \right]\to\left[ {\begin{array}{*{20}{c}}
{1}&{2}&{8}&9 \\
{1}&{4}&{9}&{12} \\
{\color{red}4}&{\color{red}7}&{10}&{13} \\
{\color{red}6}&{\color{red}8}&{11}&{15}
\end{array}} \right]$$

从左下角查找时，逐渐向右上方缩小范围。过程如下：

$$\left[ {\begin{array}{*{20}{c}}
{1}&{\color{red}2}&{\color{red}8}&{\color{red}9} \\ 
{1}&{\color{red}4}&{\color{red}9}&{\color{red}{12}} \\ 
{4}&{\color{red}7}&{\color{red}{10}}&{\color{red}{13}} \\ 
{6}&{\color{red}8}&{\color{red}{11}}&{\color{red}{15}} 
\end{array}} \right]\to\left[ {\begin{array}{*{20}{c}}
{1}&{\color{red}2}&{\color{red}8}&{\color{red}9} \\ 
{1}&{\color{red}4}&{\color{red}9}&{\color{red}{12}} \\ 
{4}&{\color{red}7}&{\color{red}{10}}&{\color{red}{13}} \\ 
{6}&{8}&{11}&{15} 
\end{array}} \right]$$

package sword_offer;
// page 44 二维数组中的查找

public class Solution4 {
    // 从右上角的元素开始查找，逐渐缩小范围
    public static boolean findNum(int[][] arr, int target) {
        boolean found = false;
        int row = 0;
        int col = arr[0].length - 1;
        while (col > 0 && row <= arr.length) {
            int diff = arr[row][col] - target;
            if (diff == 0) {
                found = true;
                break;
            }
            else if (diff > 0)
                col--;
            else
                row++;
        }
        return found;
    }

    // 测试
    public static void main(String[] args) {
        int[][] arr = {{1,2,8,9},{2,4,9,12},{4,7,10,13},{6,8,11,15}};
        System.out.println(findNum(arr, 9));
    }
}

面试题5  替换空格

• 描述：将字符串中的每个空格替换成%20。如输入"we are fine"，输出"we%20are%20fine"。
• 思路：原题考察了C++中指针的操作。Java里数组不可变，因此本题变得没有难度了。利用String对象的.charAt函数遍历每个字符，并使用StringBuilder构建新的字符串。
• 考点：对字符串的处理。

package sword_offer;
// page 51 替换空格

public class Solution5 {
    // 在Java中字符串时不可变的，因而只能构造一个新的字符串。原文中该题的难点也无法体现出来了。
    public static String replaceBlank(String str) {
        StringBuilder strb = new StringBuilder();
        for (int i = 0; i < str.length(); i++) {
            if (str.charAt(i) == ' ') {
                strb.append("%20");
            }
            else
                strb.append(str.charAt(i));
        }
        return strb.toString();
    }

    // 测试
    public static void main(String[] args) {
        String str = "We are happr.";
        System.out.println(replaceBlank(str));
    }
}

 

面试题6  从尾到头打印链表

• 描述：输入一个链表的头节点，从尾到头打印每个节点的值。
• 思路：从尾到头打印，即为“先进后出”，则可以使用栈来处理；考虑递归的本质也是一个栈结构，可递归输出。
• 考点：对链表、栈、递归的理解。

package sword_offer;
//page 58 从尾到头打印链表
import java.util.Stack;

//链表类
class ListNode{
    ListNode next = null;
    int value;
    public void printOut() {
        System.out.println(value);
        ListNode tmp = next;
        while (tmp != null) {
            System.out.println(tmp.value);
            tmp = tmp.next;
        }
    }
}

public class Solution06 {

    //方法1：使用Stack栈的先push后pop
    public static void printListReverse(ListNode listNode) {
        Stack<ListNode> stack = new Stack<ListNode>();
        while(listNode != null) {
            stack.push(listNode);
            listNode = listNode.next;
        }
        while(!stack.isEmpty()) {
            System.out.println(stack.pop().value);
        }
    }

    //方法2：使用递归的方式，相当于从内部往外部推
    public static void printListReverse_rec(ListNode listNode) {
        if(listNode != null) {
            if (listNode.next != null)
                printListReverse_rec(listNode.next);
            System.out.println(listNode.value);
        }
    }

    //测试
    public static void main(String[] args) {
        ListNode ln1 = new ListNode();
        ListNode ln2 = new ListNode();
        ListNode ln3 = new ListNode();
        ln1.next = ln2;
        ln2.next = ln3;
        ln1.value = 1;
        ln2.value = 2;
        ln3.value = 3;
        printListReverse_rec(ln1);
        printListReverse(ln1);
    }
}

面试题7  重建二叉树

• 描述：输入某二叉树的前序遍历和中序遍历结果，重建该二叉树。假设前序遍历或中序遍历的结果中无重复的数字。
• 思路：前序遍历的第一个元素为根节点的值，据此将中序遍历数组拆分为左子树+root+右子树，前序遍历数组拆分为root+左子树+右子树。再对左右子树进行同样的操作。
• 考点：对二叉树不同遍历方法的掌握。

package sword_offer;
// page 62 重建二叉树

// 二叉树类，包含左右子树，以及用于查看的方法
class BinaryTreeNode {
    int value;
    BinaryTreeNode leftNode;
    BinaryTreeNode rightNode;
    // 中序遍历输出查看
    public void printList() {
        if (leftNode != null)
            leftNode.printList();
        System.out.println(value);
        if (rightNode != null)
            rightNode.printList();
    }
}

public class Solution7 {
    // 重建二叉树函数
    public static BinaryTreeNode rebultTree(int[] preorder, int[] inorder) {
        BinaryTreeNode root = rebultTree(preorder, 0, preorder.length - 1, inorder, 0, inorder.length - 1);
        return root;
    }
    // 重写函数
    private static BinaryTreeNode rebultTree(int[] preorder, int startPre, int endPre, int[] inorder, int startIn,
            int endIn) {
        if (startPre > endPre || startIn > endIn)
            return null;
        BinaryTreeNode root = new BinaryTreeNode();
        root.value = preorder[startPre];
        for (int i = startIn; i <= endIn; i++) {
            if (inorder[i] == preorder[startPre]) {
                root.leftNode = rebultTree(preorder, startPre + 1, startPre + i - startIn, inorder, startIn, i - 1);
                root.rightNode = rebultTree(preorder, startPre + i - startIn + 1, endPre, inorder, i + 1, endIn);
            }
        }
        return root;
    }
    // 测试
    public static void main(String[] args) {
        int[] preorder = { 1, 2, 4, 7, 3, 5, 6, 8 };
        int[] inorder = { 4, 7, 2, 1, 5, 3, 8, 6 };
        BinaryTreeNode root = rebultTree(preorder, inorder);
        //System.out.println(root.leftNode.rightNode.value);
        root.printList();
    }
}

面试题8  二叉树的下一个节点

• 描述：给定一棵二叉树和其中的一个节点，找出中序遍历序列的下一个节点。树中应定义指向左节点、右节点、父节点的三个变量。
• 思路：该节点若存在右节点，右子树的最左节点则为下一节点；若不存在右节点，则向上遍历，直至找到是父节点的左节点的那个节点，该节点的父节点则为下一节点。
• 考点：对中序遍历的理解。

package sword_offer;
// page 65 二叉树的下一个节点

// 定义二叉树类，包含左右子树、父节点，以及用于查看的函数
class TreeNode {
    char value;
    TreeNode left;
    TreeNode right;
    TreeNode father;

    // 中序遍历输出查看
    public void printList() {
        if (left != null)
            left.printList();
        System.out.println(value);
        if (right != null)
            right.printList();
    }
}

public class Solution8 {
    public static TreeNode findNext(TreeNode node) {
        // 有右节点，找到右子树的最左节点
        if (node.right!= null) {
            node = node.right;
            while(node.left != null) node = node.left;
            return node;
        }

        // 无右节点，则向上遍历，直至找到节点为父节点的左子节点
        while(node.father != null) {
            if (node.father.left == node) return node.father;
            node = node.father;
        }
        return null;
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 建立一个二叉树节点的数组，并tree[i].value赋值
        TreeNode[] tree = new TreeNode[9];
        char[] chars = {'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', 'g', 'h', 'i'};
        for (int i = 0; i < tree.length; i++) {
            tree[i] = new TreeNode();
            tree[i].value = chars[i];
        }
        /*
         *        a
         *      /   \
         *     b     c
         *    / \   / \
         *   d   e  f  g
         *      / \
         *     h   i
         */
        // 左右节点关系
        tree[0].left = tree[1];
        tree[0].right = tree[2];
        tree[1].left = tree[3];
        tree[1].right = tree[4];
        tree[2].left = tree[5];
        tree[2].right = tree[6];
        tree[4].left = tree[7];
        tree[4].right = tree[8];
        // 父节点关系
        tree[1].father = tree[0];
        tree[2].father = tree[0];
        tree[3].father = tree[1];
        tree[4].father = tree[1];
        tree[5].father = tree[2];
        tree[6].father = tree[2];
        tree[7].father = tree[4];
        tree[8].father = tree[4];

        tree[0].printList();
    }
}

面试题9  两个栈实现队列

• 描述：使用两个栈实现一个队列。队列中实现尾部插入和头部删除函数。
• 思路：栈结构“先进后出”，插入数据时进入第一个栈；删除数据时，将第一个栈的所有数据都弹出到第二个栈，这时原先先插入的数据位于栈的顶端。即可满足队列的“先进先出”。
• 考点：对栈和队列的理解；对泛型的使用等。

package sword_offer;
// page 68 两个栈实现队列
import java.util.Stack;

// 队列类，包含两个栈、两个操作队列的方法
class Queue <T>{
    Stack<T> stack1 = new Stack<>();
    Stack<T> stack2 = new Stack<>();
    // 插入节点
    public void appendTail(T element) {
        stack1.push(element);
    }
    // 删除节点
    public T deleteHead(){
        if (stack2.isEmpty()) {
            while(!stack1.isEmpty()) {
                T data = stack1.pop();
                stack2.push(data);
            }
        }
        // 为空时，输出异常
        if (stack2.isEmpty())
            throw new IllegalArgumentException("queue is empty");
        return stack2.pop();

    }
}
public class Solution9 {
    // 测试
    public static void main(String[] args) {
        Queue<Integer> queue = new Queue<>();
        queue.appendTail(1);
        queue.appendTail(2);
        queue.appendTail(3);
        System.out.println(queue.deleteHead());
        System.out.println(queue.deleteHead());
        queue.appendTail(4);
        System.out.println(queue.deleteHead());
        System.out.println(queue.deleteHead());
        System.out.println(queue.deleteHead());
    }
}

面试题10 斐波那契数列

• 描述：计算斐波那契数列的第n项。
• 思路：使用循环从下往上计算数列。
• 考点：考察对递归和循环的选择。使用递归的代码通常比循环简洁，但使用递归时要注意一下几点：1、函数调用的时间和空间消耗；2、递归中的重复计算；3、最严重的栈溢出。根据斐波那契数列递归形式定义很容易直接将代码写成递归，而这种方式有大量重复计算，效率很低。

$$f\left( n \right) = \left\{ \begin{array}{l}
0\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;n = 0\\
1\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;n = 1\\
f\left( {n - 1} \right) + f\left( {n - 2} \right)\;\;\;\;n > 1
\end{array} \right.$$

package sword_offer;
// page 74 斐波那契数列

public class Solution10 {
    // 获得fibonacci(n)
    public static long fibonacci(int n) {
        if (n <= 1) return n;
        long fibMinusOne = 0;
        long fibMinusTwo = 1;
        long fib = 0;
        for (int i = 2; i <= n; i++) {
            fib = fibMinusOne + fibMinusTwo;
            fibMinusOne = fibMinusTwo;
            fibMinusTwo = fib;
        }
        return fib;
    }
    // 测试函数
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(fibonacci(6));
    }
}

面试题11 旋转数组的最小值

• 描述：把数组开头的一部分移动到数组的末尾得到的数组称为旋转数组。输入一个递增排序的数组的旋转数组，输出数组的最小值。
• 思路：考虑旋转数组的特点，使用二分查找方法逐渐缩小目标值的范围。需要考虑的特殊情况有：数组仅有一个元素的情形；数组未旋转的情形；形如｛1，0，1，1，1｝的数组需要顺序查找，因为二分查找会跳过最小值。
• 考点：对于新概念的理解；对二分查找的熟练掌握；对不同输入的分析和全面考虑。

package sword_offer;
// page 82 旋转数组的最小数字

public class Solution11 {

    public static int min(int[] arr) {
        int start = 0;
        int end = arr.length - 1;
        if (arr[start] < arr[end]) // 旋转数组是其本身的情形
            return arr[start];
        while (start <= end) {
            int mid = start + ((end - start) >> 1);
            if (arr[mid] == arr[start] && arr[mid] == arr[end]) // 考虑顺序查找情形
                return min(arr, start, end);
            if (arr[mid] >= arr[start])
                start = mid;
            else
                end = mid;
            if (start == end - 1)
                break;
        }
        return arr[end];
    }
    // 特殊情形下的顺序查找
    private static int min(int[] arr, int start, int end) {
        int result = arr[start];
        for (int i = start + 1; i <= end; i++)
            if (arr[i] < result)
                result = arr[i];
        return result;

    }
    // 测试
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = { 4, 5, 1, 2, 3 };
        int[] arr2 = { 1, 0 , 1, 1, 1 };
        System.out.println(min(arr));
        System.out.println(min(arr2));
    }
}

面试题12 矩阵中的路径

• 描述：判断字符矩阵中是否存在一条包含字符串字符的路径。
• 思路：使用回溯法，上下左右尝试。觉得想写出正确的程序还挺难的。
• 考点：对回溯法的掌握。

package sword_offer;

public class Solution12 {
    public static boolean hasPath(char[][] matrix, String str) {
        int rows = matrix.length;
        int cols = matrix[0].length;
        boolean[][] visited = new boolean[rows][cols];
        int pathLength = 0;
        for (int row = 0; row < rows; row++) {
            for (int col = 0; col < cols; col++) {
                if (hasPathCore(matrix, rows, cols, row, col, str, pathLength, visited))
                    return true;
            }
        }
        return false;
    }

    // 上下左右递归搜索
    private static boolean hasPathCore(char[][] matrix, int rows, int cols, int row, int col, String str,
            int pathLength, boolean[][] visited) {
        boolean hasPath = false;
        if (pathLength > str.length() - 1)
            return true;
        if (row >= 0 && row < rows && col >= 0 && col < cols && matrix[row][col] == str.charAt(pathLength)
                && !visited[row][col]) {
            ++pathLength;
            visited[row][col] = true;
            hasPath = hasPathCore(matrix, rows, cols, row + 1, col, str, pathLength, visited)
                    || hasPathCore(matrix, rows, cols, row, col + 1, str, pathLength, visited)
                    || hasPathCore(matrix, rows, cols, row - 1, col, str, pathLength, visited)
                    || hasPathCore(matrix, rows, cols, row, col - 1, str, pathLength, visited);
            if (!hasPath) {
                --pathLength;
                visited[row][col] = false;
            }
        }
        return hasPath;
    }

    // 测试
    public static void main(String[] args) {
        char[][] matrix = { { 'a', 'b', 't', 'g' }, { 'c', 'f', 'c', 's' }, { 'j', 'd', 'e', 'h' } };
        String str = "bfc";
        System.out.println(hasPath(matrix, str));
    }
}

面试题14 剪绳子

• 描述：给一段长度位整数n的绳子，剪成若干段，每段长度也是整数，计算这些长度的乘积的最大值。
• 思路：比较容易想到的动态规划以及乍看起来让人蒙圈的贪婪法。无论是那种方法，能做出来就不容易。
• 考点：抽象建模能力；对动态规划和贪婪发的理解。

package sword_offer;
// page 96 剪绳子
import java.lang.Math;

public class Solution14 {
    // 动态规划算法，比较容易想到
    public static int maxProduct_s1(int len) {
        if (len < 2) return 0;
        if (len == 2) return 1;
        if (len == 3) return 2;
        int[] products = new int[len + 1];
        products[0] = 0;
        products[1] = 1;
        products[2] = 2;
        products[3] = 3;
        int max = 0;
        for (int i = 4; i <= len; i++) {
            for (int j = 1; j <= i / 2; j++) {
                int product = products[j] * products[i - j];
                if (max < product)
                    max = product;
                products[i] = max;
            }
        }
        max = products[len];
        return max;
    }

    // 贪婪算法，很不容易想到
    public static int maxProduct_s2(int len) {
        if (len < 2) return 0;
        if (len == 2) return 1;
        if (len == 3) return 2;
        int times3 = len / 3;
        if (len - times3 * 3 == 1)
            times3--;
        int times2 = (len - times3 * 3) / 2;
        return (int) (Math.pow(3, times3)) * (int) (Math.pow(2, times2));

    }

    // 测试
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(maxProduct_s1(20));
        System.out.println(maxProduct_s2(20));
    }
}

面试题15 二进制中1的个数

• 描述：输入一个整数，计算该数二进制中1的个数。
• 思路：方法一逐位上移，将1和整数进行与计算；方法二有点奇技淫巧的感觉了，需要想到整数-1后的二进制数特点。在Java里，可以通过Integer.toBinaryString函数查看整数的二进制形式。
• 考点：对二进制的理解，和对位运算的掌握。

package sword_offer;
//page 100 二进制中1的个数

public class Solution15 {
    // 方法1：逐位进行与运算
    public static int numOfOne_a(int n) {
        int flag = 1;
        int count = 0;
        while (flag != 0) {
            if ((n & flag) != 0)
                count++;
            flag = flag << 1;
        }
        return count;
    }

    // 方法二：进行n = (n - 1) & n运算，n含有1的位数减1
    public static int numOfOne_b(int n) {
        int count = 0;
        while (n != 0) {
            n = (n - 1) & n;
            count++;
        }
        return count;
    }

    // 测试
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(Integer.toBinaryString(10000));
        System.out.println(numOfOne_a(10000));
        System.out.println(numOfOne_b(10000));
    }
}

第3章 高质量的代码

面试题16 数值的整数次方

• 描述：构造求数值的整数幂函数。
• 思路：根据整数幂求解的特点，构造高效求解的函数；考虑幂为负整数的情形，以及避免溢出的处理；使用位运算进行除2和判断奇偶。像这种基本的数学函数，竭力提高运算性能总是有必要的。
• 考点：对幂运算的掌握。

package sword_offer;
// page 16 数值的整数次方

public class Solution16 {
    // 幂运算函数，f=x^n，不用考虑大数问题，n可能为负整数
    public static double myPow(double x, int n) {
        if (n == 0)
            return 1.0;
        if (n < 0)
            return 1.0 / (x * myPow(x, -n - 1));// 避免溢出
        double result = myPow(x, n >> 1);// 位运算除2
        result *= result;
        if ((n & 1) == 1)// 位运算判断奇偶
            result *= x;
        return result;
    }
    // 测试
    public static void main(String[] args) {
        int a = -2147483648;
        System.out.println(myPow(1.0, a));
        System.out.println(myPow(2.0, 4));
        System.out.println(myPow(2.0, 3));

    }
}

面试题17 打印从1到最大n位数

• 描述：输入数字n，按顺序打印出1到n的十进制数。
• 思路：要意识到是大数问题，可移动符号运算以及数字排列输出两种方式解决。
• 考点：对大数问题的处理；打印数字时要考虑到阅读的习惯。

package sword_offer;
// page 114 打印从1到最大的n位数

public class Solution17 {
    // 数字排列方法
    public static void maxOfND(int n) {
        if (n < 0) {
            return;
        }
        char[] num = new char[n];
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            num[0] = (char) (i + '0');
            printNumRec(num, n, 0);
        }
    }

    // 递归部分
    public static void printNumRec(char[] num, int n, int index) {
        if (index == n - 1) {
            printNum(num);
            return;
        }
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            num[index + 1] = (char) (i + '0');
            printNumRec(num, n, index + 1);
        }
    }

    // 以阅读习惯输出
    public static void printNum(char[] num) {
        boolean isBegin0 = true;
        for (int i = 0; i < num.length; i++) {
            if (isBegin0 && num[i] != '0') {
                isBegin0 = false;
            }
            if (!isBegin0) {
                System.out.print(num[i]);
            }
        }
        System.out.println();
    }

    // 测试
    public static void main(String[] args) {
        maxOfND(5);
    }
}

面试题18 删除链表的节点

• 描述：在O(1)时间内删除链表节点
• 思路：不直接删除，通过赋值完成。在删除的节点无下一个节点时，则需要从前向后遍历。在删除的节点是头节点时，直接写root = null是无效的，可以考虑写个链表类，包含删除节点的函数。
• 考点：链表具有单方向遍历的性质，但在操作时也要注意技巧。同时要全面考虑。

package sword_offer;
// page 119 删除链表中的节点 

public class Solution18 {
    public static void deleteNode(ListNode root, ListNode toBeDeleted) {
        // 要删的节点是根节点(这种情况下的操作是无效的，没真正删除)
        if (root.equals(toBeDeleted)) {
            root = root.next;
            return;
        }
        ListNode tmp = toBeDeleted.next;
        // 是否是最后一个节点？不是则通过赋值完成删除，是则通过从前向后遍历，完成删除
        if (tmp != null) {
            toBeDeleted.value = tmp.value;
            if (tmp.next != null)
                toBeDeleted.next = tmp.next;
            tmp.next = null;
        } else {
            tmp = root;
            while (!tmp.next.equals(toBeDeleted)) {
                tmp = tmp.next;
            }
            tmp.next = null;
        }
    }

    // 测试
    public static void main(String[] args) {
        ListNode[] ln = new ListNode[6]; // 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6
        for (int i = 0; i < ln.length; i++) {
            ln[i] = new ListNode();
            ln[i].value = i;
            if (i > 0)
                ln[i - 1].next = ln[i];
        }
        ln[0].printOut();
        deleteNode(ln[0], ln[2]);
        System.out.println("==== after delete ====");
        ln[0].printOut();
    }
}

面试题21 调整数组顺序使奇数位于偶数前面

• 描述：操作输入的整数数组，实现所有奇数位于数组的前部分，偶数位于数组的后部分。
• 思路：比较容易想到使用两个变量分别指向数组的首段、尾端，向中间聚拢，完成数组顺序调整。
• 考点：对数组的操作；对程序扩展性的考虑。

package sword_offer;
// page 21 调整数组顺序使奇数位于偶数前面
import java.util.Arrays;

public class Solution21 {
    // 按一定规则调整数组的程序
    public static void reorderOddEven(int[] arr) {
        int start = 0;
        int end = arr.length - 1;
        while (start < end) {
            while (start < end && isOdd(arr[start]))
                start++;
            while (start < end && !isOdd(arr[end]))
                end--;
            if (start < end) {
                int tmp = arr[start];
                arr[start] = arr[end];
                arr[end] = tmp;
            }
        }
    }

    // 单独定义一个函数，提高扩展性
    private static boolean isOdd(int x) {
        return (x & 1) == 1;
    }

    // 测试
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = { 0, 1, 3, 5, 4, 9 };
        reorderOddEven(arr);
        System.out.println(Arrays.toString(arr));
    }
}

面试题22 链表中的倒数第k个节点

• 描述：输入一个链表，输出链表中倒数第k个节点。
• 思路：无法判断链表大小是主要难点，因此额外定义一个变量，当链表大小大于等于k时进行跟踪。
• 考点：对鲁棒性的考虑；小心处理程序，可避免原文中提到的程序崩溃问题。

package sword_offer;
// page 134 链表中倒数第k个节点

/*class ListNode{           Solution6定义过了
    ListNode next = null;
    int value;
}*/
public class Solution22 {
    public static ListNode findKthTail(ListNode head, int k) {
        ListNode res = head;
        int i = 1;
        while (head.next != null) {
            i++;
            head = head.next;
            if (i > k)
                res = res.next;
        }
        if (i < k || k < 1)
            throw new IllegalArgumentException("Not exist");
        return res;
    }

    public static void main(String[] args) {
        ListNode[] ln = new ListNode[6]; // 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6
        for (int i = 0; i < ln.length; i++) {
            ln[i] = new ListNode();
            ln[i].value = i + 1;
            if (i > 0)
                ln[i - 1].next = ln[i];
        }
        System.out.println(findKthTail(ln[0], 1).value);
    }
}

面试题24 反转链表

• 描述：输入链表的头结点，反转链表并输出反转后链表的头节点。
• 思路：要定义pre和next变量存储断开前后的节点。
• 考点：对链表的理解。

package sword_offer;
// page 142 反转链表

public class Solution24 {
    public static ListNode reverseList(ListNode head) {
        if (head == null)
            return null;
        ListNode pre = null;
        ListNode next = null;
        while (head != null) {
            next = head.next;
            head.next = pre;
            pre = head;
            head = next;
        }
        return pre;
    }

    // 测试
    public static void main(String[] args) {
        ListNode[] ln = new ListNode[6]; // 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6
        for (int i = 0; i < ln.length; i++) {
            ln[i] = new ListNode();
            ln[i].value = i + 1;
            if (i > 0)
                ln[i - 1].next = ln[i];
        }
        ln[0].printOut();
        reverseList(ln[0]);
        System.out.println("=========反转前后========");
        ln[5].printOut();
    }
}

面试题25 合并两个排序的链表

• 描述：输入两个递增排序的链表，合并这两个链表，保证合并后的链表仍是递增的。
• 思路：采用递归的方法，逐次获得下一节点。
• 考点：对问题的分析能力，不使用递归会导致代码不清晰；对链表的理解。

package sword_offer;
// page 合并两个排序的链表

public class Solution25 {
    public static ListNode merge(ListNode head1, ListNode head2) {
        if (head1 == null)
            return head2;
        if (head2 == null)
            return head1;
        ListNode mergeHead = null;
        if (head1.value < head2.value) {
            mergeHead = head1;
            mergeHead.next = merge(head1.next, head2);
        } else {
            mergeHead = head2;
            mergeHead.next = merge(head1, head2.next);
        }
        return mergeHead;
    }

    public static void main(String[] args) {
        int[] arr1 = { 1, 3, 5, 7 };
        int[] arr2 = { 2, 4, 6, 10 };

        // 定义链表1
        ListNode[] ln1 = new ListNode[arr1.length];
        for (int i = 0; i < ln1.length; i++) {
            ln1[i] = new ListNode();
            ln1[i].value = arr1[i];
            if (i > 0)
                ln1[i - 1].next = ln1[i];
        }

        // 定义链表2
        ListNode[] ln2 = new ListNode[arr2.length];
        for (int i = 0; i < ln1.length; i++) {
            ln2[i] = new ListNode();
            ln2[i].value = arr2[i];
            if (i > 0)
                ln2[i - 1].next = ln2[i];
        }
        merge(ln1[0], ln2[0]).printOut();
    }
}

面试题27 二叉树的镜像

• 描述：输入一个二叉树，作镜像变换