数据结构 | 链表 | 问题15

链表是一种常用的数据结构，在面试中也是经常会涉及到的问题。问题15是关于链表的一个具体问题，接下来将对问题进行介绍。

问题描述

给定一个单链表，返回其中间节点。如果中间节点存在两个，则返回第二个。

例如，给定1->2->3->4->5，返回3。

思路解析

这道题可以使用快慢指针来解决。快指针每次走两个节点，慢指针每次走一个节点。当快指针走到链表尾部时，慢指针所在的节点即为中间节点。

需要注意的是，当链表长度为偶数时，中间节点有两个，此时需要返回第二个中间节点。因此，在找中间节点时要储存两个节点的位置。

代码实现

下面是Java语言的代码实现，包含了链表的节点定义、链表的构造方法以及问题15的解答。

class ListNode {
    int val;
    ListNode next;
    ListNode(int x) { val = x; }
}

class Solution {
    public ListNode middleNode(ListNode head) {
        ListNode slow = head;
        ListNode fast = head;
        while (fast != null && fast.next != null) {
            slow = slow.next;
            fast = fast.next.next;
        }
        return slow;
    }
}

复杂度分析

该算法使用快慢指针，因此时间复杂度为O(n)，其中n为链表的长度。空间复杂度为O(1)，因为只使用了常数个变量。

后续拓展

对于这道题，我们可以将其扩展为求解单链表的倒数第K个节点。在这种情况下，我们可以在快慢指针的基础上，记录指针所经过的节点总数。当总数大于等于k时，慢指针开始运动，当快指针到达链表尾部时，慢指针指向的节点即为倒数第K个节点。

另外，还可以进行链表的逆序、删除、插入等操作。在实际工作中，链表也是非常常用的数据结构，例如在操作系统内存管理中用于管理可用内存块、在图形学中用于表示图形中的顶点等。