力扣234题详解：回文链表的多种解法与模拟口试问答

在本篇文章中，我们将详细解读力扣第234题“回文链表”。通过学习本篇文章，读者将掌握怎样判定一个链表是否为回文链表，并相知趣关的复杂度分析和模拟口试问答。每种方法都将配以详细的解释，以便于理解。
题目描述

力扣第234题“回文链表”描述如下：
   给你一个单链表的头节点 head，请你判定该链表是否为回文链表。假如是，返回 true；否则，返回 false。
  示例:

1. 输入: head = [1,2,2,1]
2. 输出: true

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示例:

1. 输入: head = [1,2]
2. 输出: false

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解题思路

方法一：双指针 + 反转链表

• 初步分析：
  
  
  
  • 为了判定一个链表是否是回文，我们可以利用双指针本领找到链表的中点，然后反转链表的后半部分，末了比较前半部分和反转后的后半部分是否类似。
    
  
  
• 步骤：
  
  
  
  • 利用快慢指针找到链表的中点。
    
  • 反转链表的后半部分。
    
  • 比较前半部分和反转后的后半部分是否类似。
    
  • 末了还原链表，返回效果。
    
  
  

代码实现

1. class ListNode:
2.     def __init__(self, val=0, next=None):
3.         self.val = val
4.         self.next = next
6. def isPalindrome(head: ListNode) -> bool:
7.     if not head or not head.next:
8.         return True
9.    
10.     # 使用快慢指针找到链表中点
11.     slow, fast = head, head
12.     while fast and fast.next:
13.         slow = slow.next
14.         fast = fast.next.next
15.    
16.     # 反转后半部分链表
17.     prev = None
18.     while slow:
19.         next_node = slow.next
20.         slow.next = prev
21.         prev = slow
22.         slow = next_node
23.    
24.     # 比较前半部分和反转后的后半部分
25.     left, right = head, prev
26.     while right:
27.         if left.val != right.val:
28.             return False
29.         left = left.next
30.         right = right.next
31.    
32.     return True
34. # 测试案例
35. head = ListNode(1, ListNode(2, ListNode(2, ListNode(1))))
36. print(isPalindrome(head))  # 输出: true
38. head = ListNode(1, ListNode(2))
39. print(isPalindrome(head))  # 输出: false

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方法二：利用栈

• 初步分析：
  
  
  
  • 通过遍历链表将所有节点值压入栈中，然后再次遍历链表并从栈中弹出值进行比较。假如所有值都相称，则链表是回文链表。
    
  
  
• 步骤：
  
  
  
  • 遍历链表，将节点值压入栈中。
    
  • 再次遍历链表，从栈中弹出值并与当前节点值进行比较，假如不相称则返回 false，否则继续。
    
  • 假如遍历完链表都相称，则返回 true。
    
  
  

代码实现

1. def isPalindrome(head: ListNode) -> bool:
2.     stack = []
3.     current = head
4.    
5.     while current:
6.         stack.append(current.val)
7.         current = current.next
8.    
9.     current = head
10.     while current:
11.         if stack.pop() != current.val:
12.             return False
13.         current = current.next
14.    
15.     return True
17. # 测试案例
18. head = ListNode(1, ListNode(2, ListNode(2, ListNode(1))))
19. print(isPalindrome(head))  # 输出: true
21. head = ListNode(1, ListNode(2))
22. print(isPalindrome(head))  # 输出: false

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复杂度分析

• 时间复杂度：
  
  
  
  • 双指针 + 反转链表法：O(n)，必要遍历链表两次（找到中点和比较）。
    
  • 利用栈的方法：O(n)，必要遍历链表两次（一次是将值压入栈，一次是比较）。
    
  
  
• 空间复杂度：
  
  
  
  • 双指针 + 反转链表法：O(1)，只利用了少量的指针变量。
    
  • 利用栈的方法：O(n)，必要额外的栈空间来存储链表中的值。
    
  
  

模拟口试问答

题目 1：你能描述一下怎样解决这个题目的思路吗？
回答：我们可以通过双指针的方法来解决这个题目。起首，利用快慢指针找到链表的中点，然后反转链表的后半部分，末了将前半部分和反转后的后半部分进行比较。假如类似，则链表是回文的。
题目 2：为什么选择利用双指针加反转链表的方法来解决这个题目？
回答：双指针加反转链表的方法可以在O(n)时间复杂度和O(1)空间复杂度下解决题目。相比利用栈的方法，它不必要额外的空间，只必要通过指针操作来完成，非常高效。
题目 3：你的算法的时间复杂度和空间复杂度是多少？
回答：双指针 + 反转链表法的时间复杂度是 O(n)，空间复杂度是 O(1)。利用栈的方法时间复杂度也是 O(n)，但空间复杂度是 O(n)，因为必要额外的栈空间。
题目 4：在代码中怎样处理界限环境？
回答：对于只有一个节点或为空的链表，直接返回 true。这些环境在双指针法中通过初始的 if not head or not head.next: 判定来处理。对于偶数或奇数长度的链表，代码中也进行了适当的处理，通过快慢指针精确找到中点。
题目 5：你能解释一下为什么要反转链表的后半部分吗？
回答：反转链表的后半部分使得可以从中点同时向前和向后比较链表的值。这样我们只必要一次遍历即可判定链表的前半部分和反转后的后半部分是否相称，从而确定链表是否是回文链表。
题目 6：在代码中怎样确保返回的效果是精确的？
回答：通过快慢指针找到中点，反转链表的后半部分，然后进行逐一比较。假如任何一步比较的效果不相称，立即返回 false。只有所有比较都相称，才返回 true。代码通过这些步骤确保返回的效果是精确的。
题目 7：你能举例说明在口试中怎样回答优化题目吗？
回答：在口试中，假如被问到怎样优化算法，我会起首分析当前算法的时间复杂度和空间复杂度。双指针加反转链表的方法已经是最优的解法，因为它的时间复杂度是 O(n)，空间复杂度是 O(1)。没有进一步优化的空间，因此可以探究代码的可读性或增加解释来进步代码的可维护性。
题目 8：怎样验证代码的精确性？
回答：通过编写详细的测试用例，涵盖所有大概的链表布局，如空链表、单节点链表、偶数长度链表、奇数长度链表等，确保每个测试用例的效果都符合预期。此外，可以通过手工推演链表的反转和比较过程，验证代码逻辑的精确性。
题目 9：你能解释一下解决“回文链表”题目的重要性吗？
回答：解决“回文链表”题目展示了对链表操作的理解和本领，尤其是利用双指针、链表反转等技术。这些本领在口试中非常常见，通过掌握这些技术，可以进步解决链表干系题目的本领，并为处理更复杂的链表操作题目打下基础。
题目 10：在处理大数据集时，算法的性能怎样？
回答：双指针加反转链表的方法在处理大数据集时表现精良，因为它的时间复杂度为 O(n)，空间复杂度为 O(1)。即使在链表非常长的环境下，算法的性能仍然能够保持稳固，非常适合处理大规模链表数据。
总结

本文详细解读了力扣第234题“回文链表”，通过利用双指针加反转链表和利用栈的方式高效地判定链表是否为回文，并提供了详细的解释和模拟口试问答。希望读者通过本文的学习，能够在力扣刷题的过程中更加得心应手。

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