用 JavaScript 实现链表操做 - 12 Front Back Split

TL;DR

把一个链表居中切分红两个，系列目录见 前言和目录 。

需求

实现函数 frontBackSplit() 把链表居中切分红两个子链表 -- 一个前半部分，另外一个后半部分。若是节点数为奇数，则多余的节点应该归类到前半部分中。例子以下，注意 front 和 back 是做为空链表被函数修改的，因此这个函数不须要返回值。

var source = 1 -> 3 -> 7 -> 8 -> 11 -> 12 -> 14 -> null
var front = new Node()
var back = new Node()
frontBackSplit(source, front, back)
front === 1 -> 3 -> 7 -> 8 -> null
back === 11 -> 12 -> 14 -> null

若是函数的任何一个参数为 null 或者原链表长度小于 2 ，应该抛出异常。

提示：一个简单的作法是计算链表的长度，而后除以 2 得出前半部分的长度，最后分割链表。另外一个方法是利用双指针。一个 “慢” 指针每次遍历一个节点，同时一个 ”快“ 指针每次遍历两个节点。当快指针遍历到末尾时，慢指针正好遍历到链表的中段。

这个 kata 主要考验的是指针操做，因此解法用不上递归。

解法 1 -- 根据长度分割

代码以下：

function frontBackSplit(source, front, back) {
  if (!front || !back || !source || !source.next) throw new Error('invalid arguments')

  const array = []
  for (let node = source; node; node = node.next) array.push(node.data)

  const splitIdx = Math.round(array.length / 2)
  const frontData = array.slice(0, splitIdx)
  const backData = array.slice(splitIdx)

  appendData(front, frontData)
  appendData(back, backData)
}

function appendData(list, array) {
  let node = list
  for (const data of array) {
    if (node.data !== null) {
      node.next = new Node(data)
      node = node.next
    } else {
      node.data = data
    }
  }
}

解法思路是把链表变成数组，这样方便计算长度，也方便用 slice 方法分割数组。最后用 appendData 把数组转回链表。由于涉及到屡次遍历，这并非一个高效的方案，并且还须要一个数组处理临时数据。

解法 2 -- 根据长度分割改进版

代码以下：

function frontBackSplitV2(source, front, back) {
  if (!front || !back || !source || !source.next) throw new Error('invalid arguments')

  let len = 0
  for (let node = source; node; node = node.next) len++
  const backIdx = Math.round(len / 2)

  for (let node = source, idx = 0; node; node = node.next, idx++) {
    append(idx < backIdx ? front : back, node.data)
  }
}

// Note that it uses the "tail" property to track the tail of the list.
function append(list, data) {
  if (list.data === null) {
    list.data = data
    list.tail = list
  } else {
    list.tail.next = new Node(data)
    list.tail = list.tail.next
  }
}

这个解法经过遍历链表来获取总长度并算出中间节点的索引，算出长度后再遍历一次链表，而后用 append 方法选择性地把节点数据加入 front 或 back 两个链表中去。这个解法不依赖中间数据（数组）。

append 方法有个值得注意的地方。通常状况下把数据插入链表的末尾的空间复杂度是 O(n) ，为了不这种状况 append 方法为链表加了一个 tail 属性并让它指向尾节点，让空间复杂度变成 O(1) 。

解法 3 -- 双指针

代码以下：

function frontBackSplitV3(source, front, back) {
  if (!front || !back || !source || !source.next) throw new Error('invalid arguments')

  let slow = source
  let fast = source

  while (fast) {
    // use append to copy nodes to "front" list because we don't want to mutate the source list.
    append(front, slow.data)
    slow = slow.next
    fast = fast.next && fast.next.next
  }

  // "back" list just need to copy one node and point to the rest.
  back.data = slow.data
  back.next = slow.next
}

思路在开篇已经有解释，当快指针遍历到链表末尾，慢指针正好走到链表中部。但如何修改 front 和 back 两个链表仍是有点技巧的。

对于 front 链表，慢指针每次遍历的数据就是它须要的，因此每次遍历时把慢指针的数据 append 到 front 链表中就行（第 9 行）。

对于 back 链表，它所需的数据就是慢指针停下的位置到末尾。咱们不用复制整个链表数据到 back ，只用复制第一个节点的 data 和 next 便可。这种 复制头结点，共用剩余节点 的技巧常常出如今一些 Immutable Data 的操做中，以省去没必要要的复制。这个技巧其实也能够用到上一个解法里。

参考资料

Codewars Kata
GitHub 的代码实现
GitHub 的测试