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力扣2. 两数相加：Java四种解法详解
题目描述
给定两个非空链表 l1 和 l2，表示两个非负整数。每个节点存储一位数字，且链表按逆序排列（即个位在头结点）。要求将两数相加，返回表示和的链表。
示例：
输入：l1 = [2,4,3], l2 = [5,6,4]
输出：[7,0,8]
解释：342 + 465 = 807（链表按逆序存储结果为 7->0->8）。
解法一：逐位相加 + 虚拟头结点（推荐）
代码实现
class Solution {public ListNode addTwoNumbers(ListNode l1, ListNode l2) {ListNode dummy = new ListNode(-1); // 虚拟头结点简化操作ListNode cur = dummy;int carry = 0; // 进位值while (l1 != null || l2 != null || carry != 0) {int num1 = (l1 != null) ? l1.val : 0;int num2 = (l2 != null) ? l2.val : 0;int sum = num1 + num2 + carry;carry = sum / 10;cur.next = new ListNode(sum % 10);cur = cur.next;if (l1 != null) l1 = l1.next;if (l2 != null) l2 = l2.next;}return dummy.next;}
}
复杂度分析
- 时间复杂度：O(max(m, n))，遍历较长链表一次。
- 空间复杂度：O(max(m, n))，需创建新链表存储结果。
核心思路
- 虚拟头结点：简化链表操作，无需单独处理头结点初始化。
- 逐位相加：同时遍历两链表对应节点，计算当前位和进位。
- 进位处理：若最后仍有进位，需额外创建节点。
解法二：复用原链表节点（空间优化）
代码实现
class Solution {public ListNode addTwoNumbers(ListNode l1, ListNode l2) {ListNode head = null;ListNode cur = null;int carry = 0;while (l1 != null || l2 != null || carry != 0) {int num1 = (l1 != null) ? l1.val : 0;int num2 = (l2 != null) ? l2.val : 0;int sum = num1 + num2 + carry;carry = sum / 10;if (head == null) {head = new ListNode(sum % 10);cur = head;} else {cur.next = new ListNode(sum % 10);cur = cur.next;}if (l1 != null) l1 = l1.next;if (l2 != null) l2 = l2.next;}return head;}
}
复杂度分析
- 时间复杂度：O(max(m, n))，同解法一。
- 空间复杂度：O(1)，复用原链表节点，仅创建必要新节点。
核心思路
- 复用节点：优先复用较长的链表节点，减少新节点创建。
- 动态构造结果链表：直接修改原链表节点值，避免额外空间开销。
解法三：栈方法（适用于正序存储链表）
适用场景说明
若链表按正序存储（如题目 445. 两数相加 II），需使用栈或反转链表处理。本题虽为逆序，但为拓展思路，简要介绍栈解法。
代码实现
class Solution {public ListNode addTwoNumbers(ListNode l1, ListNode l2) {Stack<Integer> s1 = new Stack<>();Stack<Integer> s2 = new Stack<>();while (l1 != null) {s1.push(l1.val);l1 = l1.next;}while (l2 != null) {s2.push(l2.val);l2 = l2.next;}ListNode head = null;int carry = 0;while (!s1.isEmpty() || !s2.isEmpty() || carry != 0) {int sum = carry;if (!s1.isEmpty()) sum += s1.pop();if (!s2.isEmpty()) sum += s2.pop();ListNode node = new ListNode(sum % 10);node.next = head;head = node;carry = sum / 10;}return head;}
}
复杂度分析
- 时间复杂度：O(m + n)，两次遍历压栈，一次遍历出栈。
- 空间复杂度：O(m + n)，需两个栈存储节点值。
各解法对比
| 解法 | 优点 | 缺点 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| 逐位相加法 | 逻辑清晰，代码简洁 | 需额外空间存储新链表 | 通用场景 |
| 复用节点法 | 空间优化，减少新节点创建 | 需处理原链表长度差异 | 内存敏感场景 |
| 栈方法 | 适合正序链表相加 | 空间复杂度高，不适用逆序链表 | 正序链表问题（如力扣445） |
示例解析
以输入 l1 = [2,4,3], l2 = [5,6,4] 为例：
- 解法一：
- 个位：2 + 5 = 7 → 无进位，节点7。
- 十位：4 + 6 = 10 → 节点0，进位1。
- 百位：3 + 4 + 1 = 8 → 节点8。
- 最终链表
7->0->8。
总结
- 推荐解法一：逻辑清晰，适合快速实现，覆盖所有边界条件。
- 优化选择解法二：若需减少内存占用，可复用原链表节点。
- 拓展思路解法三：理解栈在处理正序链表时的应用。
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