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Java
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[TOC]
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# 3. 数组中重复的数字
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[NowCoder](https://www.nowcoder.com/practice/623a5ac0ea5b4e5f95552655361ae0a8?tpId=13&tqId=11203&tPage=1&rp=1&ru=/ta/coding-interviews&qru=/ta/coding-interviews/question-ranking&from=cyc_github)
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## 题目描述
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在一个长度为 n 的数组里的所有数字都在 0 到 n-1 的范围内。数组中某些数字是重复的，但不知道有几个数字是重复的，也不知道每个数字重复几次。请找出数组中任意一个重复的数字。
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```html
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Input:
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{2, 3, 1, 0, 2, 5}
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Output:
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2
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```
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## 解题思路
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要求时间复杂度 O(N)，空间复杂度 O(1)。因此不能使用排序的方法，也不能使用额外的标记数组。
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对于这种数组元素在 [0, n-1] 范围内的问题，可以将值为 i 的元素调整到第 i 个位置上进行求解。
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以 (2, 3, 1, 0, 2, 5) 为例，遍历到位置 4 时，该位置上的数为 2，但是第 2 个位置上已经有一个 2 的值了，因此可以知道 2 重复：
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<img src="https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/49d2adc1-b28a-44bf-babb-d44993f4a2e3.gif" width="250px">
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```java
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public boolean duplicate(int[] nums, int length, int[] duplication) {
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if (nums == null || length <= 0)
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return false;
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for (int i = 0; i < length; i++) {
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while (nums[i] != i) {
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if (nums[i] == nums[nums[i]]) {
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duplication[0] = nums[i];
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return true;
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}
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swap(nums, i, nums[i]);
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}
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}
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return false;
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}
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private void swap(int[] nums, int i, int j) {
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int t = nums[i];
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nums[i] = nums[j];
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nums[j] = t;
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}
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```
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# 4. 二维数组中的查找
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[NowCoder](https://www.nowcoder.com/practice/abc3fe2ce8e146608e868a70efebf62e?tpId=13&tqId=11154&tPage=1&rp=1&ru=/ta/coding-interviews&qru=/ta/coding-interviews/question-ranking&from=cyc_github)
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## 题目描述
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给定一个二维数组，其每一行从左到右递增排序，从上到下也是递增排序。给定一个数，判断这个数是否在该二维数组中。
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```html
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Consider the following matrix:
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[
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[1, 4, 7, 11, 15],
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[2, 5, 8, 12, 19],
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[3, 6, 9, 16, 22],
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[10, 13, 14, 17, 24],
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[18, 21, 23, 26, 30]
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]
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Given target = 5, return true.
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Given target = 20, return false.
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```
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## 解题思路
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要求时间复杂度 O(M + N)，空间复杂度 O(1)。其中 M 为行数，N 为 列数。
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该二维数组中的一个数，小于它的数一定在其左边，大于它的数一定在其下边。因此，从右上角开始查找，就可以根据 target 和当前元素的大小关系来缩小查找区间，当前元素的查找区间为左下角的所有元素。
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<img src="https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/0ad9f7ba-f408-4999-a77a-9b73562c9088.gif" width="200px">
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```java
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public boolean Find(int target, int[][] matrix) {
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if (matrix == null || matrix.length == 0 || matrix[0].length == 0)
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return false;
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int rows = matrix.length, cols = matrix[0].length;
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int r = 0, c = cols - 1; // 从右上角开始
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while (r <= rows - 1 && c >= 0) {
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if (target == matrix[r][c])
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return true;
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else if (target > matrix[r][c])
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r++;
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else
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c--;
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}
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return false;
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}
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```
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# 5. 替换空格
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[NowCoder](https://www.nowcoder.com/practice/4060ac7e3e404ad1a894ef3e17650423?tpId=13&tqId=11155&tPage=1&rp=1&ru=/ta/coding-interviews&qru=/ta/coding-interviews/question-ranking&from=cyc_github)
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## 题目描述
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将一个字符串中的空格替换成 "%20"。
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```text
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Input:
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"A B"
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Output:
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"A%20B"
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```
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## 解题思路
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在字符串尾部填充任意字符，使得字符串的长度等于替换之后的长度。因为一个空格要替换成三个字符（%20），因此当遍历到一个空格时，需要在尾部填充两个任意字符。
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令 P1 指向字符串原来的末尾位置，P2 指向字符串现在的末尾位置。P1 和 P2 从后向前遍历，当 P1 遍历到一个空格时，就需要令 P2 指向的位置依次填充 02%（注意是逆序的），否则就填充上 P1 指向字符的值。
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从后向前遍是为了在改变 P2 所指向的内容时，不会影响到 P1 遍历原来字符串的内容。
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<img src="https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/6980aef0-debe-4b4b-8da5-8b1befbc1408.gif" width="230px">
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```java
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public String replaceSpace(StringBuffer str) {
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int P1 = str.length() - 1;
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for (int i = 0; i <= P1; i++)
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if (str.charAt(i) == ' ')
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str.append(" ");
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int P2 = str.length() - 1;
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while (P1 >= 0 && P2 > P1) {
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char c = str.charAt(P1--);
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if (c == ' ') {
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str.setCharAt(P2--, '0');
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str.setCharAt(P2--, '2');
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str.setCharAt(P2--, '%');
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} else {
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str.setCharAt(P2--, c);
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}
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}
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return str.toString();
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}
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```
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# 6. 从尾到头打印链表
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[NowCoder](https://www.nowcoder.com/practice/d0267f7f55b3412ba93bd35cfa8e8035?tpId=13&tqId=11156&tPage=1&rp=1&ru=/ta/coding-interviews&qru=/ta/coding-interviews/question-ranking&from=cyc_github)
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## 题目描述
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从尾到头反过来打印出每个结点的值。
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<img src="https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/f5792051-d9b2-4ca4-a234-a4a2de3d5a57.png" width="280px">
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## 解题思路
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### 使用递归
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要逆序打印链表 1->2->3（3,2,1)，可以先逆序打印链表 2->3(3,2)，最后再打印第一个节点 1。而链表 2->3 可以看成一个新的链表，要逆序打印该链表可以继续使用求解函数，也就是在求解函数中调用自己，这就是递归函数。
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```java
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public ArrayList<Integer> printListFromTailToHead(ListNode listNode) {
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ArrayList<Integer> ret = new ArrayList<>();
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if (listNode != null) {
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ret.addAll(printListFromTailToHead(listNode.next));
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ret.add(listNode.val);
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}
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return ret;
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}
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```
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### 使用头插法
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使用头插法可以得到一个逆序的链表。
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头结点和第一个节点的区别：
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- 头结点是在头插法中使用的一个额外节点，这个节点不存储值；
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- 第一个节点就是链表的第一个真正存储值的节点。
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<img src="https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/0dae7e93-cfd1-4bd3-97e8-325b032b716f.gif" width="370px">
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```java
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public ArrayList<Integer> printListFromTailToHead(ListNode listNode) {
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// 头插法构建逆序链表
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ListNode head = new ListNode(-1);
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while (listNode != null) {
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ListNode memo = listNode.next;
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listNode.next = head.next;
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head.next = listNode;
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listNode = memo;
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}
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// 构建 ArrayList
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ArrayList<Integer> ret = new ArrayList<>();
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head = head.next;
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while (head != null) {
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ret.add(head.val);
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head = head.next;
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}
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return ret;
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}
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```
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### 使用栈
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栈具有后进先出的特点，在遍历链表时将值按顺序放入栈中，最后出栈的顺序即为逆序。
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<img src="https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/9d1deeba-4ae1-41dc-98f4-47d85b9831bc.gif" width="300px">
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```java
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public ArrayList<Integer> printListFromTailToHead(ListNode listNode) {
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Stack<Integer> stack = new Stack<>();
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while (listNode != null) {
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stack.add(listNode.val);
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listNode = listNode.next;
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}
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ArrayList<Integer> ret = new ArrayList<>();
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while (!stack.isEmpty())
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ret.add(stack.pop());
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return ret;
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}
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```
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# 7. 重建二叉树
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[NowCoder](https://www.nowcoder.com/practice/8a19cbe657394eeaac2f6ea9b0f6fcf6?tpId=13&tqId=11157&tPage=1&rp=1&ru=/ta/coding-interviews&qru=/ta/coding-interviews/question-ranking&from=cyc_github)
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## 题目描述
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根据二叉树的前序遍历和中序遍历的结果，重建出该二叉树。假设输入的前序遍历和中序遍历的结果中都不含重复的数字。
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<img src="https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/31d9adce-2af8-4754-8386-0aabb4e500b0.png" width="300"/>
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## 解题思路
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前序遍历的第一个值为根节点的值，使用这个值将中序遍历结果分成两部分，左部分为树的左子树中序遍历结果，右部分为树的右子树中序遍历的结果。
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<img src="https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/c269e362-1128-4212-9cf3-d4c12b363b2f.gif" width="330px">
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```java
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// 缓存中序遍历数组每个值对应的索引
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private Map<Integer, Integer> indexForInOrders = new HashMap<>();
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public TreeNode reConstructBinaryTree(int[] pre, int[] in) {
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for (int i = 0; i < in.length; i++)
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indexForInOrders.put(in[i], i);
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return reConstructBinaryTree(pre, 0, pre.length - 1, 0);
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}
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private TreeNode reConstructBinaryTree(int[] pre, int preL, int preR, int inL) {
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if (preL > preR)
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return null;
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TreeNode root = new TreeNode(pre[preL]);
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int inIndex = indexForInOrders.get(root.val);
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int leftTreeSize = inIndex - inL;
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root.left = reConstructBinaryTree(pre, preL + 1, preL + leftTreeSize, inL);
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root.right = reConstructBinaryTree(pre, preL + leftTreeSize + 1, preR, inL + leftTreeSize + 1);
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return root;
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}
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```
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# 8. 二叉树的下一个结点
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[NowCoder](https://www.nowcoder.com/practice/9023a0c988684a53960365b889ceaf5e?tpId=13&tqId=11210&tPage=1&rp=1&ru=/ta/coding-interviews&qru=/ta/coding-interviews/question-ranking&from=cyc_github)
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## 题目描述
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给定一个二叉树和其中的一个结点，请找出中序遍历顺序的下一个结点并且返回。注意，树中的结点不仅包含左右子结点，同时包含指向父结点的指针。
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```java
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public class TreeLinkNode {
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int val;
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TreeLinkNode left = null;
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TreeLinkNode right = null;
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TreeLinkNode next = null;
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TreeLinkNode(int val) {
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this.val = val;
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}
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}
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```
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## 解题思路
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① 如果一个节点的右子树不为空，那么该节点的下一个节点是右子树的最左节点；
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<img src="https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/b0611f89-1e5f-4494-a795-3544bf65042a.gif" width="220px"/>
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② 否则，向上找第一个左链接指向的树包含该节点的祖先节点。
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<img src="https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/95080fae-de40-463d-a76e-783a0c677fec.gif" width="200px"/>
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```java
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public TreeLinkNode GetNext(TreeLinkNode pNode) {
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if (pNode.right != null) {
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TreeLinkNode node = pNode.right;
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while (node.left != null)
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node = node.left;
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return node;
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} else {
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while (pNode.next != null) {
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TreeLinkNode parent = pNode.next;
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if (parent.left == pNode)
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return parent;
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||
pNode = pNode.next;
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}
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}
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return null;
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}
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```
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# 9. 用两个栈实现队列
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[NowCoder](https://www.nowcoder.com/practice/54275ddae22f475981afa2244dd448c6?tpId=13&tqId=11158&tPage=1&rp=1&ru=/ta/coding-interviews&qru=/ta/coding-interviews/question-ranking&from=cyc_github)
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## 题目描述
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用两个栈来实现一个队列，完成队列的 Push 和 Pop 操作。
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## 解题思路
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in 栈用来处理入栈（push）操作，out 栈用来处理出栈（pop）操作。一个元素进入 in 栈之后，出栈的顺序被反转。当元素要出栈时，需要先进入 out 栈，此时元素出栈顺序再一次被反转，因此出栈顺序就和最开始入栈顺序是相同的，先进入的元素先退出，这就是队列的顺序。
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<img src="https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/3ea280b5-be7d-471b-ac76-ff020384357c.gif" width="350"/>
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```java
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Stack<Integer> in = new Stack<Integer>();
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Stack<Integer> out = new Stack<Integer>();
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public void push(int node) {
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in.push(node);
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}
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public int pop() throws Exception {
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if (out.isEmpty())
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while (!in.isEmpty())
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out.push(in.pop());
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if (out.isEmpty())
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throw new Exception("queue is empty");
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return out.pop();
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}
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```
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