代碼魯棒性

• 魯棒是robust的音譯，就是健壯性。指程序能夠判斷輸入是否符合規(guī)范，對(duì)不合要求的輸入能夠給出合理的結(jié)果。
• 容錯(cuò)性是魯棒的一個(gè)重要體現(xiàn)。不魯棒的代碼發(fā)生異常的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)不可預(yù)測(cè)的異常，或者程序奔潰。
• 由于魯棒性非常重要，因此我們?cè)趯?xiě)代碼的時(shí)候，必須進(jìn)行防御性編程，這個(gè)必須成為我們編程的一種習(xí)慣，編碼過(guò)程中應(yīng)該能夠預(yù)見(jiàn)可能出現(xiàn)的問(wèn)題，并適當(dāng)處理。

最容易出錯(cuò)的雙指針操作

• 鏈表中倒數(shù)第K個(gè)節(jié)點(diǎn)
• 題目：輸入一個(gè)鏈表，輸出鏈表中倒數(shù)第k個(gè)結(jié)點(diǎn)。例如，鏈表依次是1,2，3,4，5,6，倒數(shù)第三個(gè)就是4。
• 我們依然用之前我們?cè)谥v解鏈表實(shí)現(xiàn)時(shí)候的鏈表對(duì)象定義

分析

• 此處題目要求的應(yīng)該是單向鏈表，因?yàn)殡p向鏈表沒(méi)有復(fù)雜度可言。為了得到倒數(shù)第K個(gè)節(jié)點(diǎn)，并且不能從尾部遍歷，同樣的案例從尾部到頭打印單向鏈表，我們?cè)谥暗奈恼?#xff08;數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法–鏈表實(shí)現(xiàn)以及應(yīng)用）中已經(jīng)有詳細(xì)的分析，此處同樣也可以利用這種方法。
• 以上方法中借助其他數(shù)據(jù)接口，棧實(shí)現(xiàn)，時(shí)間復(fù)雜度是O(N+k)，空間復(fù)雜度O(2n)。
• 應(yīng)該還有更加高效率的算法，我們還是從頭遍歷鏈表，假設(shè)有n個(gè)節(jié)點(diǎn)，那么倒數(shù)第k個(gè)節(jié)點(diǎn)從頭開(kāi)始數(shù)是第n-k+1 個(gè)節(jié)點(diǎn)
• 如果我們能得到節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)n大小，那么直接從頭遍歷n-k+1個(gè)就得到倒數(shù)第k個(gè)了 。
• 我們用雙指針實(shí)現(xiàn)，利用兩個(gè)指針中間步數(shù)的差值來(lái)得到倒數(shù)第k個(gè)，比如，我們需要n-k+1的差距，也就是n-（k-1）
• 當(dāng)指針A 走到末尾的時(shí)候，指針B需要走k-1 的距離，那么此時(shí)B指針指向的就是倒數(shù)第k個(gè)
• 例如倒數(shù)第2 個(gè)，那么B就比A 少走了2-1 = 1 步驟，就是指向倒數(shù)第二個(gè)了。
• 如下圖：

• 如上圖一中P1走兩步，P2 則指向頭結(jié)點(diǎn)
• 接著繼續(xù)兩個(gè)指針P1， P2，一起向前走，
• 當(dāng)P1走到鏈表尾，則，P2,正好走到倒數(shù)第三位置。
• 如下diam實(shí)現(xiàn)：

/**** 查找單向鏈表倒數(shù)第k個(gè)節(jié)點(diǎn)*/public static ListNode findLastKNode(ListNode head, int k){if(head == null || k == 0){return new ListNode(-1);}ListNode beforeNode = head;ListNode afterNode = head;for (int i = 0; i < k - 1; i++) {if(beforeNode.getNext() != null){beforeNode = beforeNode.getNext();}else {return new ListNode(-1);}}//確保有 k 個(gè)節(jié)點(diǎn)if(beforeNode.getNext() == null){return new ListNode(-1);}while (beforeNode.getNext() != null){beforeNode = beforeNode.getNext();afterNode = afterNode.getNext();}return afterNode;}

魯棒性分析

• 雙指針?lè)椒ㄖ行枰⒁獾狞c(diǎn)還是挺多的：
  • 當(dāng)我們輸入head 結(jié)點(diǎn)為null時(shí)候回，由于代碼會(huì)范問(wèn)空指針內(nèi)存，次數(shù)程序會(huì)奔潰
  • 輸入head為頭肩底的鏈表節(jié)點(diǎn)總數(shù)少于k個(gè)，此時(shí)，我們需要先走k-1 步驟，如果正好k-1個(gè)節(jié)點(diǎn)，那么之后的步驟會(huì)拋出NPL，如果少于k-1個(gè)節(jié)點(diǎn)，則此時(shí)就已經(jīng)npl
  • 輸入?yún)?shù)k為0 的時(shí)候，此時(shí) k-1= -1，非法數(shù)值，-1 二進(jìn)制位符號(hào)位1 此時(shí)會(huì)讀成數(shù)據(jù)位，此時(shí)數(shù)據(jù)變?yōu)?294967295，此時(shí)for循環(huán)將會(huì)超過(guò)執(zhí)行次數(shù)。

相關(guān)問(wèn)題

• 問(wèn)題一：求單向鏈表中介節(jié)點(diǎn)，奇數(shù)個(gè)返回中間節(jié)點(diǎn)，偶數(shù)個(gè)返回中間兩個(gè)任意一個(gè)，同樣雙指針A,B， A每個(gè)循環(huán)走一步，B每個(gè)循環(huán)走兩步，B到末尾，則A就在中間節(jié)點(diǎn)
• 問(wèn)題二：求解單向鏈表是否環(huán)形鏈表，同樣雙指針A,B，A走一步，B走兩步，如果到最后B追上了A 則環(huán)形，如果B到最后null，則不是環(huán)形

最容易死循環(huán)的鏈表問(wèn)題

• 題目：定義一個(gè)函數(shù)，輸入鏈表頭結(jié)點(diǎn)，反轉(zhuǎn)并輸出反轉(zhuǎn)后的鏈表頭結(jié)點(diǎn)。

分析

• 我們依然用 之前鏈表的實(shí)現(xiàn)文章中定義的鏈表節(jié)點(diǎn)如下：

public class ListNode implements Comparable<ListNode> {private Integer value;private ListNode next; ...... }

• 鏈表反轉(zhuǎn)涉及到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的指針操作，非常容易出現(xiàn)死循環(huán)問(wèn)題，為了正確理解整個(gè)過(guò)程，我們應(yīng)該首先借助圖形來(lái)直觀的分析。如下：

• 我一開(kāi)始還是想到雙指正方法，第一步驟分別指向錢(qián)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，并且改變本節(jié)點(diǎn)的指針指向，我們此時(shí)需要知道的是，本節(jié)點(diǎn)信息，上一個(gè)節(jié)點(diǎn)信息，這里都符合，得到下一圖步驟。

• 但是此時(shí)我們無(wú)法循環(huán)到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)3， 因此邏輯無(wú)法成立，我們需要借助第三個(gè)指針，P3，如下圖

• 如上，我們可以得到本節(jié)點(diǎn)信息，上一個(gè)節(jié)點(diǎn)信息，下一個(gè)節(jié)點(diǎn)信息，在經(jīng)過(guò)p2 指針的轉(zhuǎn)向后，我們無(wú)法通過(guò)P2.next得到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，因此我們循環(huán)時(shí)候，需要做如下調(diào)整 P2 = P1， P1 = P3， P3=P3.next，然后接著操作P1 節(jié)點(diǎn)指針，繼續(xù)循環(huán)到最后p3.Next為null為止，如下圖最終狀態(tài)

• 如上最終狀態(tài)，因?yàn)槲覀兠看沃恍薷牧薖1 節(jié)點(diǎn)的指針指向，所以循環(huán)結(jié)束后，還有最后節(jié)點(diǎn)沒(méi)有處理，我們需要在循環(huán)結(jié)束后處理。

• 如上分析，我有如下實(shí)現(xiàn)：

/*** 反轉(zhuǎn)單向鏈表* */public static ListNode reverOverListNode(ListNode head){if(head == null){return head;}ListNode before = head;ListNode middle = head;ListNode after = head;if(middle.getNext() == null){return head;}middle = middle.getNext();if(middle.getNext() == null){middle.setNext(before);head.setNext(null);return middle;}after = middle.getNext();while (after.getNext() != null){middle.setNext(before);before = middle;middle = after;after = after.getNext();}//處理最后兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的指針head.setNext(null);middle.setNext(before);after.setNext(middle);return after;}

魯棒性分析

• 在指針操作時(shí)候，最容易出現(xiàn)的三個(gè)問(wèn)題：
  • 輸入的鏈表頭指針是努力，或者整個(gè)鏈表只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)，必須在前三個(gè)步驟中判斷
  • 反轉(zhuǎn)后出現(xiàn)環(huán)形鏈表，在如上處理過(guò)程中，最容易忽略的頭節(jié)點(diǎn)指針指向null，導(dǎo)致環(huán)形鏈表
  • 鏈表斷裂， 最后一個(gè)步驟沒(méi)有對(duì)最后的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行指針指向操作，導(dǎo)致最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)處斷裂。

合并兩個(gè)排序的鏈表

• 題目：輸入兩個(gè)遞增的鏈表，合并這兩個(gè)鏈表并使得新的鏈表中節(jié)點(diǎn)任然按原有順序有序。如下圖：

• 鏈表一，鏈表而是兩個(gè)遞增鏈表，合并兩個(gè)鏈表得到鏈表三

• 這個(gè)問(wèn)題我們需要注意的和上一個(gè)問(wèn)題類似，還是鏈表斷裂問(wèn)題，還有環(huán)形鏈表問(wèn)題，因?yàn)樾枰瑫r(shí)操作兩個(gè)鏈表的指針。

• 我們有如下分析：

  • 將一二個(gè)鏈表看出需要處理的一個(gè)組，比較第一個(gè)元素，得到小的一個(gè)，剔除當(dāng)成新鏈表的head節(jié)點(diǎn)：
    

• 將1 節(jié)點(diǎn)剔除后，將剩下的鏈表1 ，鏈表2 看成是一個(gè)整體，仍然比較第一個(gè)節(jié)點(diǎn)的大小，繼續(xù)如上步驟

• 繼續(xù)同樣的邏輯合并剩余的節(jié)點(diǎn)，這是典型的遞歸流程，我們可以定義遞歸函數(shù)完成合并過(guò)程。.
• 如上分析有如下代碼

/*** 遞歸合并兩個(gè)順序鏈表* */public static ListNode mixTwoSortList(ListNode sortOne, ListNode sortTwo){if(sortOne == null && sortTwo == null){return new ListNode();}if(sortOne == null){return sortTwo;}if(sortTwo == null){return sortOne;}ListNode mergeHead = null;if(sortOne.getValue() < sortTwo.getValue()){mergeHead = sortOne;mergeHead.setNext(mixTwoSortList(sortOne.getNext(), sortTwo));}else {mergeHead = sortTwo;mergeHead.setNext(mixTwoSortList(sortTwo.getNext(), sortOne));}return mergeHead;}

魯棒性分析

• 首先還是空指針問(wèn)題，一旦輸入空鏈表立刻npl，因此我們應(yīng)該對(duì)空鏈表單獨(dú)處理

更加復(fù)雜的指針操作案例樹(shù)的子結(jié)構(gòu)

• 題目：輸入兩顆二叉樹(shù)A，B，判斷B是不是A樹(shù)的子結(jié)構(gòu)。二叉樹(shù)的定義我們用之前章節(jié)中講解的二叉樹(shù)實(shí)現(xiàn)原理中定義的樹(shù)節(jié)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

/*** 二叉樹(shù)節(jié)點(diǎn)對(duì)象定義** @author liaojiamin* @Date:Created in 15:24 2020/12/11*/ public class BinaryNode {private Object element;private BinaryNode left;private BinaryNode right; ...... }

• 例如有如下兩棵二叉樹(shù)，A中有一部分子樹(shù)結(jié)構(gòu)和B是一直的，因此B是A的子結(jié)構(gòu)：
  

• 依據(jù)之前二叉樹(shù)實(shí)現(xiàn)原理 的分析，樹(shù)操作中指針比值鏈表更加復(fù)雜，與樹(shù)相關(guān)的問(wèn)題我們通常都會(huì)用遞歸去解決。

• 如上題中查找A中包含B，可分為兩步：

  • 第一步在A樹(shù)中查找B的根節(jié)點(diǎn)一樣的節(jié)點(diǎn)R，如果找到，執(zhí)行下一步
  • 第二步，判斷A中以R為根節(jié)點(diǎn)的子樹(shù)與B樹(shù)的結(jié)構(gòu)是否一致，

• 用如上圖來(lái)分析：

  • 首先在A中找 8 這個(gè)節(jié)點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)A的根節(jié)點(diǎn)就是8 ，我們將A以8節(jié)點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)的樹(shù)，與B節(jié)點(diǎn)比較
  • 將8 的左子樹(shù)看成完整的樹(shù)，與B中左子樹(shù) 比較，還是按第一步驟邏輯 發(fā)現(xiàn)不同則不需第三部
  • 如果相同則需要，將8 的右子樹(shù)看出完整的樹(shù)，與B中右子樹(shù)比較，還是按第一步驟邏輯。
  • 如果以上都不同，則回到第一步，將A的左子樹(shù)看出是一個(gè)完整的樹(shù)與B的根節(jié)點(diǎn)比較，
  • 依次邏輯遍歷整個(gè)A樹(shù)，直到找到B一樣結(jié)構(gòu)或者遍歷到葉子節(jié)點(diǎn)為止。

• 依據(jù)如上分析，我們有如下遞歸實(shí)現(xiàn)，其中某些函數(shù)是用之前文章 二叉樹(shù)實(shí)現(xiàn)原理的某些功能：

/*** 判斷 A樹(shù)中是否包含B樹(shù)* @author liaojiamin* @Date:Created in 16:43 2021/3/30*/ public class BinaryNodeComparable {/*** 遞歸方式遍歷樹(shù)* */public static boolean isComparable(BinaryNode tree1, BinaryNode tree2){if(tree1 == null || tree2 == null){return false;}boolean result = false;if(tree1.compareTo(tree2.getElement()) == 0){result = tree1HaveTree2(tree1, tree2);}if(!result){result = isComparable(tree1.getLeft(), tree2);}if(!result){result = isComparable(tree1.getRight(), tree2);}return result;}/*** 依次比較跟，左，右節(jié)點(diǎn)* */public static boolean tree1HaveTree2(BinaryNode tree1, BinaryNode tree2){//t2 遍歷完了并且都一致，則存在包含if(tree2 == null){return true;}//t2 不為空，t1 為空 ，則不存在包含if(tree1 == null){return false;}if(tree1.compareTo(tree2.getElement()) != 0){return false;}return tree1HaveTree2(tree1.getLeft(), tree2.getLeft())&& tree1HaveTree2(tree1.getRight(), tree2.getRight());}public static void main(String[] args) {BinaryNode node1 = new BinaryNode(null, null, null);BinarySearchTree tree1 = new BinarySearchTree();Random random = new Random();for (int i = 0; i < 20; i++) {node1 = tree1.insert(Integer.valueOf(i), node1);}tree1.printTree(node1);System.out.println("-------------");BinaryNode node2 = new BinaryNode(null, null, null);BinarySearchTree tree2 = new BinarySearchTree();for (int i = 0; i < 3; i++) {node2 = tree2.insert(Integer.valueOf(i), node2);}tree2.printTree(node2);System.out.println(isComparable(node1, node2));} }

• 以上考察二叉樹(shù)遍歷算法的理解 以及遞歸的能力
• 考察代碼的魯棒性，每個(gè)題型都有大量的指針操作，稍不注意就會(huì)有npl奔潰。我們應(yīng)該在程序開(kāi)始的時(shí)候采用防御性編程的方式
• 每次范問(wèn)指針地址之前都需要考慮這個(gè)指針是否有可能是null

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下一篇：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法–解決問(wèn)題的方法- 二叉樹(shù)的的鏡像

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的数据结构与算法--代码鲁棒性案例分析的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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