[数据结构与算法]数据结构：单链表和双向链表

1、链表

链表是有序的列表，但是它在内存中是存储如下

小结：

• 链表是以节点的方，来存储是链式存储
• 每个节点包含data域，next域：指向下一个节点
• 如图：发现链表的各个节点不一定是连续存储
• 链表分带头节点的链表和没有头节点的链表，根据实际的需求来确定
• 单链表(带头结点)逻辑结构示意图如下

2、单链表的应用

使用带head头的单向链表实现-水浒英雄排行榜管理完成对英雄人物的増删改査操作，

1. 第一种方法在添加英雄时，直接添加到链表的尾部

2. 第二种方式在添加英雄时，根据排名将英雄插入到指定位置(如果有这个排名，则添加失败，并给出提示）思路的分析示意图：

3. 修改节点功能

思路(1)先找到该节点，通过遍历，(2) temp.name= newheroNode name; temp. nickname= newheroNode.nickname

4. 删除节点

思路分析示意图：

3、代码实现

package com.jl.linkedlist;

/**
 * Create with IntelliJ IDAE
 *
 * @Author: JINLEI
 * @Description: 单链表应用—单链表实现水浒英雄排行榜
 *               1）完成对英雄人物的增删改查操作
 *               2）添加英雄时，直接添加到链表尾部
 *               3）添加英雄时，根据排名将英雄插入到指定的位置
 * @Date: 2022/3/10
 * @Time: 9:34
 **/
public class SingleLinkedListDemo {
    public static void main(String[] args) {

        //测试
        //创捷节点
        HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", "及时雨");
        HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "卢俊义", "玉麒麟");
        HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吴用", "智多星");
        HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "林冲", "豹子头");

        //创建链表
        SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
        //加入
//        singleLinkedList.add(hero1);
//        singleLinkedList.add(hero2);
//        singleLinkedList.add(hero3);
//        singleLinkedList.add(hero4);

        //加入按照编号的顺序
        singleLinkedList.addByOrder(hero1);
        singleLinkedList.addByOrder(hero4);
        singleLinkedList.addByOrder(hero3);
        singleLinkedList.addByOrder(hero2);

        //显示
        singleLinkedList.list();

        //测试修改节点
        HeroNode newHeroBNode = new HeroNode(2, "小鹿", "玉麒麟！！！");
        singleLinkedList.update(newHeroBNode);
        System.out.println("修改后的情况~~");
        //显示
        singleLinkedList.list();

        //删除一个节点
        singleLinkedList.delete(1);
        singleLinkedList.delete(2);
        singleLinkedList.delete(4);
        singleLinkedList.delete(3);
        System.out.println("删除后的链表情况");
        //显示
        singleLinkedList.list();
    }
}

//定义SingleLinkedList管理我们的英雄
class SingleLinkedList{
    
    //先初始化一个头节点，头节点不动，不存放具体的数据
    private HeroNode head = new HeroNode(0,"","");

    //添加节点到单链表
    //1、找到当前链表的最后一个节点
    //2、将最后的一个节点的的next指向新的节点
    public void add(HeroNode heroNode){

        //因为head节点不能动， 因此我们需要一个辅助变量temp
        HeroNode temp = head;
        //遍历链表找到最后
        while (true){
            //找到链表的最后
            if (temp.next == null){
                break;
            }
            //如果没有找到,将temp后移
            temp = temp.next;
        }
        //退出while循环时temp指向了链表的最后
        temp.next = heroNode;
    }

    //第二种方式添加英雄时，根据排名将英雄插到指定的位置
    //（如果有这个排名，则添加失败，并给出提示）
    public  void  addByOrder(HeroNode heroNode){

        //头节点不能动，通过辅助变量帮助我们找到添加的位置
        //因为单链表我们找到的temp是位于添加位置的前一个节点，否则插入不了
        HeroNode temp = head;
        boolean flag = false;//标志添加的编号是否存在，默认为false
        while (true){
            if (temp.next == null){//temp在链表最后
                break;
            }
            if (temp.next.no > heroNode.no){//位置找到就在temp后面插入
                break;
            }else if (temp.next.no == heroNode.no){//说明希望添加的heroNode的编号存在
                flag = true;//说明编号存在
                break;
            }
            temp = temp.next;//后移
        }
        //判断flag的值
        if (flag){//不能添加，说明编号存在
            System.out.printf("准备插入的英雄的编号%d已经存在，不能加入\n",heroNode.no);
        }else {
            //插入到链表中，temp的后面
            heroNode.next = temp.next;
            temp.next = heroNode;
        }
    }

    //修改节点的信息，根据no编号来修改，即no编号不能改
    public void update(HeroNode newHeroNode){
        //判断是否为空
        if(head.next == null){
            System.out.println("链表为空");
            return;
        }
        //找到需要修改的节点，根据no编号
        //定义一个辅助变量
        HeroNode temp = head.next;
        boolean flag = false;//表示是否找到该节点
        while (true){
            if (temp == null){
                break;//已经遍历完链表
            }
            if (temp.no == newHeroNode.no){
                //找到
                flag = true;
                break;
            }
            temp = temp.next;
        }
        //根据flag判断是否找到要修改的节点
        if (flag){
            temp.name = newHeroNode.name;
            temp.nickname = newHeroNode.nickname;
        }else {
            System.out.printf("没有找到编号%d的节点,不能修改\n",newHeroNode.no);
        }
    }
    //删除节点
    //head不动 需要一个辅助节点找到待删除节点的前一个节点
    //比较时，是temp.next.no和需要删除的节点的no的比较
    public void delete(int no){
        HeroNode temp = head;
        boolean flag = false;//标志是否找到待删除的节点的位置
        while (true){
            if (temp.next == null){
                break;
            }
            if (temp.next.no == no){
                //找到待删除节点的前一个节点temp
                flag = true;
                break;
            }
            temp = temp.next;//temp后移，遍历
        }
        if (flag){
            //删除
            temp.next = temp.next.next;
        }else {
            System.out.printf("要删除的%d节点不存在",no);
        }
    }

    //显示链表（遍历）
    public void list(){
        //判断链表是否为空
        if (head.next == null){
            System.out.println("链表为空");
        }
        //因为头节点不能动，需要一个辅助变量来遍历
        HeroNode temp = head.next;
        while (true){
            //判断是否到链表最后
            if (temp == null){
                break;
            }
            //输出节点的信息
            System.out.println(temp);
            //将temp后移
            temp = temp.next;
        }
    }
}

//定义一个HeroNode  每个HeroNode对象就是一个节点
class HeroNode{
    public int no;
    public String name;
    public String nickname;
    public HeroNode next;//指向下一个节点

    //构造器
    public HeroNode(int no, String name, String nickname){
        this.no = no;
        this.name = name;
        this.nickname = nickname;
    }

    //为了显示方便重写toString
    @Override
    public String toString() {
        return "HeroNode{" +
                "no=" + no +
                ", name='" + name + '\'' +
                ", nickname='" + nickname + '\'' +
                '}';
    }
}

4、单链表常见面试题（新浪、百度、腾讯）

• 获取单链表的节点个数
• 查找单链表的倒数第k个节点
• 单链表的反转
• 从尾到头打印单链表

package com.jl.linkedlist;

import java.util.Stack;

/**
 * Create with IntelliJ IDAE
 *
 * @Author: JINLEI
 * @Description: 常见的单链表的面试题
 * @Date: 2022/3/12
 * @Time: 16:10
 **/
public class LinkedList {

    //获取单链表的节点个数（如果是带头节点们需要不统计头节点）
    public static int getLength(HeroNode head){
        if (head.next == null){
            return 0;
        }
        int length = 0;
        HeroNode cur = head.next;
        while (cur != null){
            length++;
            cur = cur.next;
        }
        return length;
    }

    //查找单链表的倒数第k个节点
    public static HeroNode findLastIndexNode(HeroNode head,int index){
        //判断链表为空
        if (head.next == null){
            return null;
        }
        //第一个遍历得到链表的长度（节点的个数）
        int size = getLength(head);
        //第二次遍历size-index位置，就是我们倒数的第k个节点
        //先做一个index 的校验
        if (index < 0 || index > size){
            return null;
        }
        //定义一个辅助变量，for循环倒数的index
        HeroNode cur = head.next;
        for (int i = 0; i < size - index; i++) {
            cur = cur.next;
        }
        return cur;
    }

    //单链表的反转
    public static void reversetList(HeroNode head){
        //如果当前的链表为空或者只有一个节点无需反转直接返回
        if(head.next == null || head.next.next == null){
            return;
        }
        //定义一个辅助的变量 来遍历原来的链表
        HeroNode cur = head.next;
        HeroNode next = null;//指向当前节点cur的下一个节点
        HeroNode reverseHead = new HeroNode(0,"","");
        //遍历原来的链表，每遍历一个节点就将其取出，并放在新的链表reverseHead的最前端
        while (cur != null){
            next = cur.next;//暂时保存当前节点的下一个节点
            cur.next = reverseHead.next;//将cur的下一个节点指向新的链表的最前端
            reverseHead.next = cur;//将cur连接到新的链表
            cur = next;//让cur后移
        }
        //将head.next指向reverseHead.next
         head.next = reverseHead.next;
    }

    //从尾到头打印单链表
    //利用栈实现
    public static void reversePrint(HeroNode head){
        if (head.next == null){
            return;//空链表不打印
        }
        Stack<HeroNode> stack = new Stack<HeroNode>();
        HeroNode cur = head.next;
        //将链表中的节点压入栈
        while (cur != null){
            stack.push(cur);
            cur = cur.next;//cur后移压入下一个节点
        }
        //将栈中的节点打印  pop出栈
        System.out.println(stack.pop());
    }
}

5、双向链表应用

双向链表的操作分析

使用带head头的双向链表实现-水浒英雄排行榜
管理单向链表的缺点分析：

• 单向链表，査找的方向只能是一个方向，而双向链表可以向前或者向后查找。
• 单向链表不能自我删除，需要靠辅助节点，而双向链表,则可以自我删除，所以前面我们单链表删除时节点，总是找到temp，temp是待删除节点的前一个节点(认真体会)
• 分析了双向链表如何完成遍历，添加，修改和删除的思路

代码实现

package com.jl.linkedlist;

/**
 * Create with IntelliJ IDAE
 *
 * @Author: JINLEI
 * @Description: 双向链表的应用
 * @Date: 2022/3/13
 * @Time: 20:04
 **/
public class DoubleLinkedListDemo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("双向链表的测试");

        HeroNode2 hero1 = new HeroNode2(1, "宋江", "及时雨");
        HeroNode2 hero2 = new HeroNode2(2, "卢俊义", "玉麒麟");
        HeroNode2 hero3 = new HeroNode2(3, "吴用", "智多星");
        HeroNode2 hero4 = new HeroNode2(4, "林冲", "豹子头");

        DoubleLinkedList doubleLinkedList = new DoubleLinkedList();
        doubleLinkedList.add(hero1);
        doubleLinkedList.add(hero2);
        doubleLinkedList.add(hero3);
        doubleLinkedList.add(hero4);

        doubleLinkedList.list();

        HeroNode2 newHeroNode = new HeroNode2(4,"公孙胜","入云龙");
        doubleLinkedList.update(newHeroNode);
        System.out.println("修改后的链表情况");
        doubleLinkedList.list();

        //删除
        doubleLinkedList.delete(3);
        System.out.println("删除后的链表情况");
        doubleLinkedList.list();

    }
}
//创建一个双向链表的类
class DoubleLinkedList{
    //先初始化一个头节点，头节点不动，不存放具体的数据
    private HeroNode2 head = new HeroNode2(0,"","");

    //返回头节点
    public HeroNode2 getHead(){
        return head;
    }

    //遍历双向链表的方法
    //显示链表（遍历）
    public void list(){
        //判断链表是否为空
        if (head.next == null){
            System.out.println("链表为空");
        }
        //因为头节点不能动，需要一个辅助变量来遍历
        HeroNode2 temp = head.next;
        while (true){
            //判断是否到链表最后
            if (temp == null){
                break;
            }
            //输出节点的信息
            System.out.println(temp);
            //将temp后移
            temp = temp.next;
        }
    }

    //添加一个节点到双向链表的最后
    public void add(HeroNode2 heroNode){

        //因为head节点不能动， 因此我们需要一个辅助变量temp
        HeroNode2 temp = head;
        //遍历链表找到最后
        while (true){
            //找到链表的最后
            if (temp.next == null){
                break;
            }
            //如果没有找到,将temp后移
            temp = temp.next;
        }
        //退出while循环时temp指向了链表的最后
        //形成一个双向链表
        temp.next = heroNode;
        heroNode.pre = temp;
    }

    //修改双向链表的一个节点
    public void update(HeroNode2 newHeroNode){
        //判断是否为空
        if(head.next == null){
            System.out.println("链表为空");
            return;
        }
        //找到需要修改的节点，根据no编号
        //定义一个辅助变量
        HeroNode2 temp = head.next;
        boolean flag = false;//表示是否找到该节点
        while (true){
            if (temp == null){
                break;//已经遍历完链表
            }
            if (temp.no == newHeroNode.no){
                //找到
                flag = true;
                break;
            }
            temp = temp.next;
        }
        //根据flag判断是否找到要修改的节点
        if (flag){
            temp.name = newHeroNode.name;
            temp.nickname = newHeroNode.nickname;
        }else {
            System.out.printf("没有找到编号%d的节点,不能修改\n",newHeroNode.no);
        }
    }

    //删除双向链表的节点
    //直接找到要删除的节点，找到后自我删除
    public void delete(int no){
        if (head.next == null){
            System.out.println("链表为空无法删除");
        }
        HeroNode2 temp = head.next;
        boolean flag = false;//标志是否找到待删除的节点的位置
        while (true){
            if (temp == null){//找到链表的最后
                break;
            }
            if (temp.no == no){
                //找到待删除节点的前一个节点temp
                flag = true;
                break;
            }
            temp = temp.next;//temp后移，遍历
        }
        if (flag){//找到
            //删除
            temp.pre.next = temp.next;
            if (temp.next !=null){
                temp.next.pre = temp.pre;
            }
        }else {
            System.out.printf("要删除的%d节点不存在",no);
        }
    }
}
//定义一个HeroNode2  每个HeroNode对象就是一个节点
class HeroNode2{
    public int no;
    public String name;
    public String nickname;
    public HeroNode2 next;//指向下一个节点默认为null
    public HeroNode2 pre;//指向前一个节点默认为null

    //构造器
    public HeroNode2(int no, String name, String nickname){
        this.no = no;
        this.name = name;
        this.nickname = nickname;
    }

    //为了显示方便重写toString
    @Override
    public String toString() {
        return "HeroNode{" +
                "no=" + no +
                ", name='" + name + '\'' +
                ", nickname='" + nickname + '\'' +
                '}';
    }
}