Smaller And Smarter Python数据结构：链表进行重新排序

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这两天和几个朋友组了个互相督促学习群，想着督促一下自己学习，也督促自己的原创输出，其实很多时候都是懒，真不是没有东西可以写了，这不，我在我的免费知识星球简说编程里开了个新的标签日常编程问题，后面我会把自己学习工作中遇到的一些问题和解决方法记录到里面，有些可以扩展的点，我会写到微信公众号里。
我定的目标是：

我简单写了个规则，大家说可以，然后，我们就开始吧，我习惯把该做的事情提前一天做（如果有时间的话）。

今天给大家分享的书籍《Python程序员面试算法宝典》第一章第四小节：链表进行重新排序。

如果你是第一次看，也许，你可以看看本系列下面的文章：
Smaller And Smarter Python数据结构：链表逆转
Smaller And Smarter Python数据结构：删除无序链表重复结点
Smaller And Smarter Python数据结构：链表相加

今日问题

"""
目标：写一段程序，对链表进行重新排序
例如：
输入-> L1->L2->L3->...->Ln-1->Ln
输出-> L1->Ln->L2->Ln-1...
"""

"""
Objective: write a program to reorder the linked list
For example:
Input - > L1 - > L2 - > L3 - > ln-1 - > LN
Output - > L1 - > ln - > L2 - > ln-1...
"""

题目要求

（1）在原来链表的基础上进行排序，即不能申请新的结点；
（2）只能修改结点的next域，不能修改数据域。

首先我们写好链表的基本操作，在a_0_base.py文件中，目前包含对链表的定义类，初始化函数，遍历函数。（带头结点）

# -*- coding: utf-8 -*-
"""
@author = 老表
@date = 2019-10-19
@个人微信公众号 : 简说Python
"""


# 链表数据结构定义
class ListNode:
    def __init__(self, x):
        self.data = x
        self.next = None


class ListOperation:

    # 根据链表数据初始化链表
    @staticmethod
    def init_list(n_list):
        # 初始化一个头指针
        head = ListNode("head")
        cur = head
        for i in n_list:
            node = ListNode(i)
            cur.next = node
            cur = node  # 相当于 cur = cur.next，后移
        return head

    # 遍历链表，带头结点
    @staticmethod
    def ergodic_list(head):
        cur = head.next
        while cur:
            print(cur.data)
            cur = cur.next

解题

开始程序前需提前导入前面写好的链表基本操作包和结点数据结构，在Linked_list的a_0_base.py中。

from Linked_list.a_0_base import ListOperation

思路分析

"""
核心思想：先将链表前 后段分开，然后将后半段链表逆转，
再遍历链表，将处理好的后半段链表结点插入到前半段链表中。

优点：该题比较综合，遍历链表，逆转链表，插入结点

时间复杂度：O(N)
空间复杂度：O(1)
"""

注意：代码中的注释部分可以不需要，是我自己编写、调试bug时用的，之所以留在上面，主要为了方便大家调试代码和理解代码。

辅助函数：查找链表中间结点

# 辅助函数：找出链表中间结点
def find_mid_link(head):
    fast_node = head.next  # 快指针,每次后移两位
    slow_node = head.next  # 慢指针,每次后移一位
    while fast_node and fast_node.next:  # 遍历链表，快指针遍历结束时，慢指针应该刚好遍历到一半
        pre_slow_node = slow_node  # 记录慢指针前驱结点，方便断开前后半部分链表
        slow_node = slow_node.next  # 慢指针后移，步进1
        fast_node = fast_node.next.next  # 快指针后移，步进2
    pre_slow_node.next = None  # 断开前半部分链表与后半部分链表连接
    return slow_node  # 返回中间结点

辅助函数：不带头结点链表逆转

# 辅助函数：不带头结点链表逆转
def reverse_list(l1):
    if not l1 or not l1.next:  # 空链表或只有一个结点
        return l1
    cur_node = l1.next  # 记录当前结点
    pre_node = l1  # 记录前驱结点
    l1.next = None  # 设置尾结点
    # print("------------------")
    while cur_node:
        # print(cur_node.data)
        next_node = cur_node.next  # 记录后继结点
        cur_node.next = pre_node  # 当前结点反向指向前驱结点
        pre_node = cur_node  # 前驱结点后移
        cur_node = next_node  #  当前结点后移
        # print(pre_node.data)
    return pre_node  # 返回链表表头结点

主功能函数

def reorder_link_one(head):
    """
    :type head: ListNode
    :rtype: ListNode
    """
    if not head.next:  # 空链表
        return head  # 返回头结点
    mid_node = find_mid_link(head)  # 查找链表中间结点
    # print("------------------")
    # s0 = ListOperation()
    # s0.ergodic_list(mid_node)
    # print("------------------")
    # s0.ergodic_list(head)
    mid_node = reverse_list(mid_node)  # 逆转后半部分链表,无头结点
    # print("------------------")
    # ListOperation.ergodic_list(mid_node)
    cur_node = head.next  # 记录前半段链表第一个结点
    while cur_node.next:  # 遍历前半段结点，将后半段结点插入
        temp_node = cur_node.next  # 记录后继结点
        cur_node.next = mid_node  # 插入
        cur_node = temp_node  # 后移
        temp_node = mid_node.next  # 记录后继结点
        mid_node.next = cur_node  # 插入
        mid_node = temp_node  # 后移
    cur_node.next = mid_node  # 将mid_node最后一个结点插入
    return head  # 返回当前子链表头结点

测试代码

# 当然，也许还有别的方法，比如建一个辅助的链表
# 欢迎你说出你的想法

# 程序入口，测试函数功能
if __name__ == "__main__":
    s0 = ListOperation()  # 初始化一个链表基本操作对象实例
    list_data = [1, 2, 3, 4, 5, 6]  # 链表初始化数据
    head = s0.init_list(list_data)  # 初始化链表，带头结点
    s0.ergodic_list(head)  # 未操作前，遍历打印链表
    head = reorder_link_one(head)  # 测试方法一
    print("---------------------")
    s0.ergodic_list(head)  # 操作后，遍历打印链表

本文代码思路部分来自书籍《Python程序员面试宝典》，书中部分代码有问题或未提供代码，文中已经修改过了，并添加上了丰厚的注释，方便大家学习，后面我会把所有内容开源放到Github上，包括代码，思路，算法图解（手绘或者电脑画），时间充裕的话，会录制视频。
希望大家多多支持。

大家好，我是老表
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