[labuladong算法小抄]如何判断回文链表

本文来自labaladong的算法小抄 ， 使用GO语言重新描述代码部分

寻找回文串的核心思想是从中心向两端扩展：

func  Palindrome( s string,l,r int)string {
    str:=[]rune(s)
    for l>=0 && r < len(str) && str[l]==str[r]{
        l--
        r++
    }
    return string(str[l:r])
}

因为回文串长度可能为奇数也可能是偶数，长度为奇数时只存在一个中心点，而长度为偶数时存在两个中心点，所以上面这个函数需要传入l和r。

而判断一个字符串是不是回文串就简单很多，不需要考虑奇偶情况，只需要「双指针技巧」，从两端向中间逼近即可：

func  isPalindrome( s string)bool {
    str:=[]rune(s)
    left := 0
    right := len(str) - 1
    for left < right {
        if str[left] != str[right]{
            return false
        }
        left++
        right--
    }
    return true
}

以上代码很好理解吧，因为回文串是对称的，所以正着读和倒着读应该是一样的，这一特点是解决回文串问题的关键。

下面扩展这一最简单的情况，来解决：如何判断一个「单链表」是不是回文。

一、判断回文单链表

输入一个单链表的头结点，判断这个链表中的数字是不是回文：

/**
 * 单链表节点的定义：
type ListNode struct {
    val  int
    next *ListNode
}
func isPalindrome(head ListNode)bool;

输入: 1->2->null
输出: false

输入: 1->2->2->1->null
输出: true
 */

这道题的关键在于，单链表无法倒着遍历，无法使用双指针技巧。那么最简单的办法就是，把原始链表反转存入一条新的链表，然后比较这两条链表是否相同。关于如何反转链表，可以参见前文「递归操作链表」。

其实，借助二叉树后序遍历的思路，不需要显式反转原始链表也可以倒序遍历链表，下面来具体聊聊。

对于二叉树的几种遍历方式，我们再熟悉不过了：

func traverse(root *TreeNode) {
    // 前序遍历代码
    traverse(root.left)
    // 中序遍历代码
    traverse(root.right)
    // 后序遍历代码
}

在「学习数据结构的框架思维」中说过，链表兼具递归结构，树结构不过是链表的衍生。那么，链表其实也可以有前序遍历和后序遍历：

func traverse2(head *ListNode) {
    // 前序遍历代码
    traverse2(head.next)
    // 后序遍历代码
}

这个框架有什么指导意义呢？如果我想正序打印链表中的val值，可以在前序遍历位置写代码；反之，如果想倒序遍历链表，就可以在后序遍历位置操作：

func traverse3(head *ListNode) {
    if head == nil {
        return
    }
    // 前序遍历代码
    traverse3(head.next)
    // 后序遍历代码
    fmt.Println(head.val)
}

说到这了，其实可以稍作修改，模仿双指针实现回文判断的功能：

// 左侧指针
var left *ListNode

func isPalindromeList(head *ListNode)bool {
    left = head
    return traverse4(head)
}

func traverse4( right *ListNode)bool {
    if right == nil {
        return true
    }
    res:= traverse4(right.next)
    // 后序遍历代码
    res = res && (right.val == left.val)
    left = left.next
    return res
}

这么做的核心逻辑是什么呢？实际上就是把链表节点放入一个栈，然后再拿出来，这时候元素顺序就是反的，只不过我们利用的是递归函数的堆栈而已。

 

 

 

当然，无论造一条反转链表还是利用后序遍历，算法的时间和空间复杂度都是 O(N)。下面我们想想，能不能不用额外的空间，解决这个问题呢？

二、优化空间复杂度

更好的思路是这样的：

1、先通过「双指针技巧」中的快慢指针找到中点

var head,slow, fast *ListNode
for fast != nil && fast.next != nil{
    slow = slow.next//一次跳一步
    fast = fast.next.next//一次跳两步
}
// slow 指针现在指向链表中点

 

 

 2、如果fast指针没有指向null，说明链表长度为奇数，slow还要再前进一步：

if fast != nil{
    slow = slow.next
}

 

 3、从slow开始反转后面的链表，现在就可以开始比较回文串了：

 

left := head
right := reverse(slow)

for right != nil {
    if left.val != right.val{
        return false
    }
    left = left.next
    right = right.next
}
return true

 

 至此，把上面 3 段代码合在一起就高效地解决这个问题了，其中reverse函数很容易实现：

func reverse(head *ListNode)* ListNode {
    var pre , cur,next  *ListNode
    pre=nil
    cur=head
    next=head
    for cur != nil {
        next = cur.next
        cur.next = pre
        pre = cur
        cur = next
    }
    return pre
}

 

 

算法总体的时间复杂度 O(N)，空间复杂度 O(1)，已经是最优的了。

我知道肯定有读者会问：这种解法虽然高效，但破坏了输入链表的原始结构，能不能避免这个瑕疵呢？

其实这个问题很好解决，关键在于得到p, q这两个指针位置：

p.next = reverse(q)

篇幅所限，我就不写了，读者可以自己尝试一下。

三、最后总结

首先，寻找回文串是从中间向两端扩展，判断回文串是从两端向中间收缩。对于单链表，无法直接倒序遍历，可以造一条新的反转链表，可以利用链表的后序遍历，也可以用栈结构倒序处理单链表。

具体到回文链表的判断问题，由于回文的特殊性，可以不完全反转链表，而是仅仅反转部分链表，将空间复杂度降到 O(1)。