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Java 闭包在数据结构和算法中的应用场景

WBOY

发布： 2024-05-02 14:51:02

原创

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闭包在数据结构和算法中广泛应用于链表反转、树形结构遍历和动态规划。通过访问和修改外层作用域变量，闭包在反转链表时避免了递归栈溢出风险；在遍历树形结构时创建了自定义迭代器；在动态规划中，闭包作为备忘录参数传递给递归函数，存储中间结果。

Java 闭包在数据结构和算法中的应用场景

闭包是一种重要的编程语言特性，它允许函数访问和修改在外层作用域中定义的变量。这使得闭包在数据结构和算法中具有强大的应用场景。

1. 链表反转

反转链表的常见解决方案之一是使用闭包。它可以有效地反转链表元素，同时避免了使用递归带来的栈溢出风险。

public class Node {
    int val;
    Node next;

    public Node(int val) {
        this.val = val;
    }
}

public static Node reverseList(Node head) {
    Node newHead = null;

    // 闭包函数，负责更新新链表指向
    Function<Node, Node> reverse = (prev) -> {
        if (head == null) {
            return prev;
        }

        Node next = head.next;
        head.next = prev;
        head = next;

        return reverse.apply(head);
    };

    return reverse.apply(newHead);
}

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2. 树形结构遍历

闭包可用于创建自定义遍历树形结构的迭代器，例如前序遍历、中序遍历和后序遍历。

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public class TreeNode {
    int val;
    TreeNode left;
    TreeNode right;

    public TreeNode(int val) {
        this.val = val;
    }
}

// 前序遍历
Function<TreeNode, List<Integer>> preOrder = (root) -> {
    if (root == null) {
        return Collections.emptyList();
    }

    List<Integer> result = new ArrayList<>();
    result.add(root.val);
    result.addAll(preOrder.apply(root.left));
    result.addAll(preOrder.apply(root.right));

    return result;
};

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3. 动态规划

动态规划算法中的备忘录模式可以有效地存储中间结果，避免重复计算。其中，闭包可用于将备忘录作为参数传递给递归函数。

public int fib(int n) {
    if (n <= 1) {
        return 1;
    }

    // 闭包函数，存储中间结果
    Function<Integer, Integer> memo = (x) -> {
        if (x <= 1) {
            return 1;
        } else if (memo.containsKey(x)) {
            return memo.get(x);
        } else {
            int result = fib(x - 1) + fib(x - 2);
            memo.put(x, result);
            return result;
        }
    };

    return memo.apply(n);
}

private Map<Integer, Integer> memo = new HashMap<>();

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