Swift 实现：寻找单链表相交节点

摘要

本篇文章将分享如何通过 Swift 编写程序，找到两个单链表相交的起始节点。我们将分析问题，提供清晰的题解代码，并通过示例测试验证结果。同时，文章会详细剖析代码逻辑，评估其时间复杂度和空间复杂度，助力开发者掌握高效算法的实现技巧。

描述

编写一个程序，找到两个单链表相交的起始节点。

如下面的两个链表：

在节点 c1 开始相交。

示例 1：

输入：intersectVal = 8, listA = 4,1,8,4,5, listB = 5,0,1,8,4,5, skipA = 2, skipB = 3

输出：Reference of the node with value = 8

输入解释：相交节点的值为 8 （注意，如果两个列表相交则不能为 0）。从各自的表头开始算起，链表 A 为 4,1,8,4,5，链表 B 为 5,0,1,8,4,5。在 A 中，相交节点前有 2 个节点；在 B 中，相交节点前有 3 个节点。

示例 2：

输入：intersectVal = 2, listA = 0,9,1,2,4, listB = 3,2,4, skipA = 3, skipB = 1

输出：Reference of the node with value = 2

输入解释：相交节点的值为 2 （注意，如果两个列表相交则不能为 0）。从各自的表头开始算起，链表 A 为 0,9,1,2,4，链表 B 为 3,2,4。在 A 中，相交节点前有 3 个节点；在 B 中，相交节点前有 1 个节点。

示例 3：

输入：intersectVal = 0, listA = 2,6,4, listB = 1,5, skipA = 3, skipB = 2

输出：null

输入解释：从各自的表头开始算起，链表 A 为 2,6,4，链表 B 为 1,5。由于这两个链表不相交，所以 intersectVal 必须为 0，而 skipA 和 skipB 可以是任意值。

解释：这两个链表不相交，因此返回 null。

注意：

• 如果两个链表没有交点，返回 null.
• 在返回结果后，两个链表仍须保持原有的结构。
• 可假定整个链表结构中没有循环。
• 程序尽量满足 O(n) 时间复杂度，且仅用 O(1) 内存。

题解答案

以下为 Swift 的题解实现：

class ListNode {
    var val: Int
    var next: ListNode?

    init(_ val: Int) {
        self.val = val
        self.next = nil
    }
}

class Solution {
    func getIntersectionNode(_ headA: ListNode?, _ headB: ListNode?) -> ListNode? {
        guard headA != nil && headB != nil else { return nil }
        
        var pointerA = headA
        var pointerB = headB
        
        while pointerA !== pointerB {
            pointerA = pointerA == nil ? headB : pointerA?.next
            pointerB = pointerB == nil ? headA : pointerB?.next
        }
        
        return pointerA
    }
}

题解代码分析

1. 基本思路undefined使用双指针法解决问题：
   • 两个指针分别从 headA 和 headB 开始，依次遍历链表。
   • 如果指针到达链表尾部，则切换到另一个链表的头部继续遍历。
   • 当两个指针相遇时，即为链表的相交节点；若无相交节点，则最终返回 nil。
2. 关键逻辑
   • 双指针在遍历链表时，总会同时进入交点或结束（无交点时均为 nil）。
   • 通过两次遍历，确保指针在长度不同的链表上补齐长度差异。
3. 核心代码解析
   • pointerA = pointerA == nil ? headB : pointerA?.nextundefined当 pointerA 到达链表 A 的末尾时，切换到链表 B 的头部，反之亦然。

示例测试及结果

// 示例链表创建
let common = ListNode(8)
common.next = ListNode(4)
common.next?.next = ListNode(5)

let listA = ListNode(4)
listA.next = ListNode(1)
listA.next?.next = common

let listB = ListNode(5)
listB.next = ListNode(0)
listB.next?.next = ListNode(1)
listB.next?.next?.next = common

// 测试用例
let solution = Solution()
if let intersection = solution.getIntersectionNode(listA, listB) {
    print("Intersection Node Value: \(intersection.val)") // 输出：8
} else {
    print("No Intersection")
}

输出结果：

Intersection Node Value: 8

时间复杂度

• 分析：undefined每个指针最多遍历两个链表的总长度，时间复杂度为 (O(m + n))，其中 (m) 和 (n) 分别为链表 A 和链表 B 的长度。

空间复杂度

• 分析：undefined仅使用了两个指针，额外空间复杂度为 (O(1))。

总结

通过双指针法，成功实现了寻找链表相交节点的高效算法。其优势在于时间复杂度 (O(n))、空间复杂度 (O(1)) 的表现。实际应用中，该方法具有较高的通用性，非常适合处理单链表相关问题。

未来可以进一步扩展到其他链表问题，例如检测链表环、合并链表等。希望本篇文章能帮助大家更好地理解和掌握链表算法的核心技巧！