[数据结构与算法]Java数据结构与算法---链表(四)

介绍

??链表是有序的列表，链表是以节点的方式储存，每个节点包含data域、next域(指向下一个节点)，链表的各个节点不一定是连续存储的；链表分带头节点的链表和没有头结点的链表。它在内存中的储存结构如下：

单链表

??单链表(带头节点)逻辑结构图如下

单链表的应用实例

??实现单链表的增删改操作
??1. 定义数据类

public class HeroNode {
    public int no; // 编号
    public String name; // 名字
    public String nickname; // 昵称
    public HeroNode next; // 下一节点

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

    @Override
    public String toString() {
        return "HeroNode{" +
                "no=" + no +
                ", name='" + name + '\'' +
                ", nickname='" + nickname + '\'' +
                '}';
    }
}

??2. 节点的增删改操作

public class SingleLinkedList {
    // 初始化一个头节点, 不存放任何数据
    private HeroNode head = new HeroNode(0, "", "");

    /**
     * 添加节点到单向链表
     * 当不考虑编号顺序时：找到当前链表的最后一个节点, 将最后这个节点的next指向新的节点
     */
    public void add(HeroNode node) {
        // 头节点不能动, 指定一个临时变量接收头节点
        HeroNode temp = head;
        // 遍历节点, 找到最后一个节点
        while (temp.next != null) {
            // 后移
            temp = temp.next;
        }
        // 退出循环后, temp即为最后一个节点
        // 将最后一个节点的next指向新的节点
        temp.next = node;
    }

    /**
     * 添加节点到单向链表
     * 当考虑编号时
     */
    public void addByOrder(HeroNode node) {
        // 头节点不能动, 指定一个临时变量接收头节点
        HeroNode temp = head;
        boolean flag = false; // 添加的编号是否存在
        // 遍历节点, 找到最后一个节点
        while (temp.next != null) {
            if (node.no < temp.next.no) {
                break;
            } else if (node.no == temp.next.no) {
                flag = true;
                break;
            }
            // 后移
            temp = temp.next;
        }
        if (flag) {
            System.out.printf("插入的英雄编号%d已存在, 不能重复插入", node.no);
            System.out.println();
        } else {
            // 退出循环后, temp即为最后一个节点
            // 将最后一个节点的next指向新的节点
            node.next = temp.next;
            temp.next = node;
        }
    }

    /**
     * 修改节点信息, 根据no编号修改
     */
    public void update(HeroNode node) {
        if (head.next == null) {
            System.out.println("链表为空~~~");
            return;
        }
        // 头节点不能动, 指定一个临时变量接收头节点
        HeroNode temp = head;
        // 是否找到该节点表示
        boolean flag = false;
        while (temp.next != null) {
            if (temp.no == node.no) { // 当前节点
                flag = true;
                break;
            }
            // 后移
            temp = temp.next;
        }
        if (flag) {
            node.next = temp.next;
            temp.name = node.name;
            temp.nickname = node.nickname;
        } else {
            System.out.printf("未找到编号为%d的数据", node.no);
        }
    }

    /**
     * 删除节点信息
     */
    public void delete(HeroNode node) {
        if (head.next == null) {
            System.out.println("链表为空~~~");
            return;
        }
        // 头节点不能动, 指定一个临时变量接收头节点
        HeroNode temp = head;
        // 是否找到该节点表示
        boolean flag = false;
        while (temp.next != null) {
            if (temp.next.no == node.no) {
                flag = true;
                break;
            }
            // 后移
            temp = temp.next;
        }
        if (flag) {
            temp.next = temp.next.next;
        } else {
            System.out.printf("未找到编号为%d的数据", node.no);
            System.out.println();
        }
    }

    /**
     * 显示列表(遍历)
     */
    public void list() {
        // 判断链表是否为空
        if (head.next == null) {
            System.out.println("链表为空~~~");
            return;
        }
        // 头节点不能动, 指定一个临时变量接收头节点
        HeroNode temp = head.next;
        while (temp != null) {
            System.out.println(temp.toString());
            // 后移
            temp = temp.next;
        }
    }
}

??3. 测试类

public class SingleLinkedListDemo {
    public static void main(String[] args) {
        HeroNode node1 = new HeroNode(1, "宋江", "及时雨");
        HeroNode node2 = new HeroNode(2, "卢俊义", "玉麒麟");
        HeroNode node3 = new HeroNode(3, "吴用", "智多星");
        HeroNode node4 = new HeroNode(4, "林冲", "豹子头");
        // 测试无序添加
        SingleLinkedList list = new SingleLinkedList();
        list.add(node1);
        list.add(node2);
        list.add(node3);
        list.add(node4);
        // 显示数据
        list.list();
        System.out.println("====================================分割线=======================================");
        // 测试有序添加
        list = new SingleLinkedList();
        list.addByOrder(node1);
        list.addByOrder(node4);
        list.addByOrder(node2);
        list.addByOrder(node2);
        list.addByOrder(node3);
        // 显示数据
        list.list();
        System.out.println("====================================分割线=======================================");
        // 测试修改
        node3 = new HeroNode(3, "吴用", "智少星");
        list.update(node3);
        // 显示数据
        list.list();
        System.out.println("====================================分割线=======================================");
        // 测试删除
        list.delete(node4);
        list.delete(node1);
        list.delete(node3);
        list.delete(node2);
        list.list();
    }
}

单链表面试题

??1. 单链表有效节点个数

/**
 * 单链表有效节点个数(如果是带头节点的链表, 则不统计头节点)
 */
public static int getLength(HeroNode node) {
    if (node.next == null) {
        return 0;
    }
    int length = 0;
    HeroNode temp = node.next; // 去掉头节点,从第二个节点开始
    while (temp != null) {
        length++;
        temp = temp.next;
    }
    return length;
}

??2. 单链表的倒数第K个节点

/**
 * 单链表的倒数第K个节点
 * index 表示倒数第index个节点
 * 先获取链表的总长度,总长度-index即为该节点
 */
public static HeroNode findLastNode(HeroNode node, int index) {
    if (node == null) {
        return null;
    }
    // 获取链表总长度
    int length = getLength(node);
    if (index > length || index <= 0) {
        System.out.printf("越界, 不存在倒数第%d的节点", index);
        System.out.println();
        return null;
    }
    HeroNode current = node.next; // 取出头节点
    for (int i = 0; i < length - index; i++) {
        current = current.next;
    }
    return current;
}

??3. 单链表的反转

/**
 * 单链表的反转
 * 将链表值从头到尾取出来放在新链表的第一个位置
 */
public static void reverse(HeroNode node) {
    // 如果当前节点为空, 或者只有一个节点, 无需反转
    if (node.next == null || node.next.next == null) {
        return;
    }
    HeroNode cur = node.next; // 除头节点的当前节点
    HeroNode next = null; // 指向当前节点的下一个节点
    HeroNode reverseHead = new HeroNode(0, "", ""); // 定义翻转后的节点
    // 将链表值从头到尾取出来放在新链表的第一个位置
    while (cur != null) {
        next = cur.next; // 保存下一个节点
        cur.next = reverseHead.next; // 翻转后链表, 除头节点全部复制给当前节点的next属性
        reverseHead.next = cur; // 当前节点赋值给翻转后的链表的next属性
        cur = next; // 后移
    }
    node.next = reverseHead.next;
}

??4. 从尾到头打印单链表

/**
 * 从尾到头打印单链表
 * 利用栈数据结构, 将各节点存入栈中, 利用栈先进后出的特点实现逆序打印
 */
public static void reversePrint(HeroNode node) {
    // 如果当前节点为空, 或者只有一个节点, 无需反转
    if (node.next == null) {
        return;
    }
    Stack<HeroNode> stack = new Stack<>();// 创建栈
    HeroNode temp = node.next;
    while (temp != null) {
        stack.push(temp); // 存入栈    
        temp = temp.next; // 后移
    }
    while (stack.size() > 0) {
        System.out.println(stack.pop());
    }
}

双向链表

??单向链表查找的方向只有一个，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，而双线链表可以自我删除

双向链表的应用实例

??实现双向链表的增删改操作
??1. 定义数据类

public class HeroNode2 {
    public int no; // 编号
    public String name; // 名字
    public String nickname; // 昵称
    public HeroNode2 next; // 下一节点
    public HeroNode2 pre; // 上一节点
    public HeroNode2(int no, String name, String nickname) {
        this.no = no;
        this.name = name;
        this.nickname = nickname;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "HeroNode{" +
                "no=" + no +
                ", name='" + name + '\'' +
                ", nickname='" + nickname + '\'' +
                '}';
    }
}

??2. 节点的增删改操作

public class DoubleLinkedList {
    // 初始化头节点
    private HeroNode2 head = new HeroNode2(0, "", "");

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

    /**
     * 显示列表(遍历)
     */
    public void list() {
        // 判断链表是否为空
        if (head.next == null) {
            System.out.println("链表为空~~~");
            return;
        }
        // 头节点不能动, 指定一个临时变量接收头节点
        HeroNode2 temp = head.next;
        while (temp != null) {
            System.out.println(temp.toString());
            // 后移
            temp = temp.next;
        }
    }

    /**
     * 添加节点
     */
    public void add(HeroNode2 node) {
        // 头节点不能动, 指定一个临时变量接收头节点
        HeroNode2 temp = head;
        // 遍历节点, 找到最后一个节点
        while (temp.next != null) {
            // 后移
            temp = temp.next;
        }
        // 退出循环后, temp即为最后一个节点
        // 将最后一个节点的next指向新的节点
        temp.next = node;
        node.pre = temp;
    }

    /**
     * 修改节点信息, 根据no编号修改
     */
    public void update(HeroNode2 node) {
        if (head.next == null) {
            System.out.println("链表为空~~~");
            return;
        }
        // 头节点不能动, 指定一个临时变量接收头节点
        HeroNode2 temp = head;
        // 是否找到该节点表示
        boolean flag = false;
        while (temp.next != null) {
            if (temp.no == node.no) { // 当前节点
                flag = true;
                break;
            }
            // 后移
            temp = temp.next;
        }
        if (flag) {
            temp.name = node.name;
            temp.nickname = node.nickname;
        } else {
            System.out.printf("未找到编号为%d的数据", node.no);
        }
    }

    /**
     * 删除节点信息，找到要删除的节点进行自我删除
     */
    public void delete(HeroNode2 node) {
        if (head.next == null) {
            System.out.println("链表为空~~~");
            return;
        }
        // 头节点不能动, 指定一个临时变量接收头节点
        HeroNode2 temp = head.next;
        // 是否找到该节点表示
        boolean flag = false;
        while (temp != null) {
            if (temp.no == node.no) { // 要删除的节点
                flag = true;
                break;
            }
            // 后移
            temp = temp.next;
        }
        if (flag) {
            // 自我删除
            temp.pre.next = temp.next;
            if (temp.next != null) { // 排除链表的最后一个节点
                temp.next.pre = temp.pre;
            }
        } else {
            System.out.printf("未找到编号为%d的数据", node.no);
            System.out.println();
        }
    }

    /**
     * 按编号顺序添加节点
     */
    public void addByOrder(HeroNode2 node) {
        // 头节点不能动, 指定一个临时变量接收头节点
        HeroNode2 temp = head;
        boolean flag = false; // 添加的编号是否存在
        // 遍历节点, 找到最后一个节点
        while (temp.next != null) {
            if (node.no < temp.next.no) {
                break;
            } else if (node.no == temp.next.no) {
                flag = true;
                break;
            }
            // 后移
            temp = temp.next;
        }
        if (flag) {
            System.out.printf("插入的英雄编号%d已存在, 不能重复插入", node.no);
            System.out.println();
        } else {
            // 退出循环后, temp即为最后一个节点
            // 将最后一个节点的next指向新的节点
            if (temp.next != null) { // 不是左后一个节点时
                temp.next.pre = node;
            }
            node.next = temp.next;
            node.pre = temp;
            temp.next = node;
        }
    }
}

??3. 测试类

public class DoubleLinkedListDemo {
    public static void main(String[] args) {
        HeroNode2 node1 = new HeroNode2(1, "宋江1", "及时雨1");
        HeroNode2 node2 = new HeroNode2(2, "卢俊义2", "玉麒麟2");
        HeroNode2 node3 = new HeroNode2(3, "吴用3", "智多星3");
        HeroNode2 node4 = new HeroNode2(4, "林冲4", "豹子头4");
        System.out.println("====================================测试添加=======================================");
        // 测试无序添加
        DoubleLinkedList list = new DoubleLinkedList();
        list.add(node1);
        list.add(node2);
        list.add(node3);
        list.add(node4);
        // 显示数据
        list.list();
        System.out.println("====================================测试修改=======================================");
        // 测试修改
        node3 = new HeroNode2(3, "吴用", "智少星");
        list.update(node3);
        // 显示数据
        list.list();
        System.out.println("====================================测试删除=======================================");
        // 测试删除
        list.delete(node4);
        list.list();
        System.out.println("====================================测试顺序添加=======================================");
        node1 = new HeroNode2(1, "宋江1", "及时雨1");
        node2 = new HeroNode2(11, "卢俊义2", "玉麒麟2");
        node3 = new HeroNode2(21, "吴用3", "智多星3");
        node4 = new HeroNode2(31, "林冲4", "豹子头4");
        list = new DoubleLinkedList();
        list.addByOrder(node4);
        list.addByOrder(node3);
        list.addByOrder(node1);
        list.addByOrder(node2);
        HeroNode2 node5 = new HeroNode2(2, "林冲4", "豹子头4");
        list.addByOrder(node5);
        node5 = new HeroNode2(32, "林冲4", "豹子头4");
        list.addByOrder(node5);
        node5 = new HeroNode2(12, "林冲4", "豹子头4");
        list.addByOrder(node5);
        list.list();
    }
}

源码地址：https://gitee.com/peachtec/data-structure-and-algorithm/tree/master/src/com/hxz/dataStructure/linkedList