[数据结构与算法]数据结构-链表

链表，其实就是由多个节点组成，而节点就是由存放的值和指针组成。

package LinkedList;

public class LinkedList<E> {

    private class Node {
        private E e;
        private Node next;

        public Node(E e, Node next) {
            this.e = e;
            this.next = next;
        }

        public Node(E e) {
            this(e, null);
        }

        public Node() {
            this(null, null);
        }

        @Override
        public String toString() {
            return e.toString();
        }
    }

    //虚拟头节点（代表头节点的前一个节点-一个不存在的假节点）
    private Node dummyHead;
    //元素个数
    private int size;

    public LinkedList() {
        dummyHead = new Node();
        size = 0;
    }

    // 获取链表中的元素个数
    public int getSize() {
        return size;
    }

    // 返回链表是否为空
    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    // 在链表的index(0-based)位置添加新的元素e
    // 在链表中不是一个常用的操作，练习用：）
    public void add(int index, E e) {
        if (index < 0 || index > size) {
            throw new IllegalArgumentException("index is error");
        }
        //找到index位置的前一个节点
        Node prev = dummyHead;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            prev = prev.next;
        }
        Node next = prev.next;
        prev.next = new Node(e, next);
        size++;
    }

    // 在链表头添加新的元素e
    public void addFirst(E e) {
        add(0, e);
    }

    // 在链表末尾添加新的元素e
    public void addLast(E e) {
        add(size, e);
    }

    // 获得链表的第index(0-based)个位置的元
    public E get(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            throw new IllegalArgumentException("index is error");
        }
        Node cur = dummyHead;
        for (int i = 0; i <= index; i++) {
            cur = cur.next;
        }
        return cur.e;
    }

    // 获得链表的第一个元素
    public E getFirst() {
        return get(0);
    }

    // 获得链表的最后一个元素
    public E getLast() {
        return get(size - 1);
    }

    // 修改链表的第index(0-based)个位置的元素为e
    public void set(int index, E e) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            throw new IllegalArgumentException("index is error");
        }
        Node cur = dummyHead;
        for (int i = 0; i <= index; i++) {
            cur = cur.next;
        }
        cur.e = e;
    }

    // 查找链表中是否有元素e
    public boolean contains(E e) {
        Node cur = dummyHead.next;
        while (cur != null) {
            if (cur.e.equals(e)) {
                return true;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return false;
    }

    // 从链表中删除index(0-based)位置的元素, 返回删除的元素
    // 在链表中不是一个常用的操作，练习用：）
    public E remove(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            throw new IllegalArgumentException("index is error");
        }
        Node prev = dummyHead;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            prev = prev.next;
        }
        Node removeNode = prev.next;
        prev.next = removeNode.next;
        removeNode.next = null;
        size--;
        return removeNode.e;
    }

    // 从链表中删除第一个元素, 返回删除的元素
    public E removeFirst() {
        return remove(0);
    }

    // 从链表中删除最后一个元素, 返回删除的元素
    public E removeLast() {
        return remove(size - 1);
    }

    // 从链表中删除元素e
    public void removeElement(E e) {
        Node prev = dummyHead;
        while(prev.next != null){
            if(prev.next.e.equals(e)){
                Node delNode = prev.next;
                prev.next = delNode.next;
                delNode.next = null;
                size --;
            }else {
                prev = prev.next;
            }
        }
    }

    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        Node cur = dummyHead.next;
        while(cur != null){
            res.append(cur + "->");
            cur = cur.next;
        }
        res.append("NULL");
        return res.toString();
    }

}

在上一章介绍了栈和队列，基于数组实现。 这里使用链表也可以实现：

栈：?

public class LinkedListStack<E> implements Stack<E> {

    private LinkedList<E> linkedList;

    public LinkedListStack(){
        linkedList = new LinkedList<E>();
    }


    @Override
    public int getSize() {
        return linkedList.getSize();
    }

    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return linkedList.isEmpty();
    }

    @Override
    public void push(E e) {
        linkedList.addFirst(e);
    }

    @Override
    public E pop() {
        return linkedList.removeFirst();
    }

    @Override
    public E peek() {
        return linkedList.getFirst();
    }
}

也可以使用addLast(),removeLast()； 但是需要从头遍历到最后一个元素，时间复杂度变成了O(n)

队列：

public class LinkedListQueue<E> implements Queue<E> {

    private LinkedList<E> linkedList;

    public LinkedListQueue(){
        linkedList = new LinkedList<E>();
    }

    @Override
    public int getSize() {
        return linkedList.getSize();
    }

    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return linkedList.isEmpty();
    }

    @Override
    public void enqueue(E e) {
        linkedList.addLast(e);
    }

    @Override
    public E dequeue() {
        return linkedList.removeFirst();
    }

    @Override
    public E getFront() {
        return linkedList.getFirst();
    }
}

如上，删除的时间复杂度是O(1)，添加的时间复杂度是O(n)，因为需要从头遍历到最后一个元素，才知道添加的位置在哪里。? 如果使用addFirst()和removeLast()，复杂度就反过来了。

如果底层链表的实现，不仅记录了头节点的位置，也记录了尾节点的位置，那么添加和删除都会变为O(1)：

public class LinkedListTailQueue<E> implements Queue<E> {

    private class Node {
        private E e;
        private Node next;

        public Node(E e, Node next) {
            this.e = e;
            this.next = next;
        }

        public Node(E e) {
            this(e, null);
        }

        public Node() {
            this(null, null);
        }

        @Override
        public String toString() {
            return e.toString();
        }
    }

    //头节点
    private Node head;
    //尾节点
    private Node tail;
    private int size;

    public LinkedListTailQueue() {
        head = null;
        tail = null;
        size = 0;
    }

    @Override
    public int getSize() {
        return size;
    }

    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return size==0;
    }

    @Override
    public void enqueue(E e) {
        if(tail == null){
            tail = new Node(e);
            head = tail;
        }else {
            tail.next = new Node(e);
            tail = tail.next;
        }
        size++;
    }

    @Override
    public E dequeue() {
        if(isEmpty()) {
            throw new IllegalArgumentException("Cannot dequeue from an empty queue.");
        }
        Node removeNode = head;
        head = head.next;
        removeNode.next = null;
        size--;
        if(head == null){
            tail = null;
        }
        return removeNode.e;
    }

    @Override
    public E getFront() {
        if(isEmpty()) {
            throw new IllegalArgumentException("Cannot get from an empty queue.");
        }
        return head.e;
    }
}