数据结构003_链表
链表内容我打算就写在这一篇里。包括单链表，双向链表，单向及双向环形链表，josephu问题。
- 链表是以节点的方式来存储，是链式存储
- 每个节点包含data域，next域(指向下一个节点)
- 链表在内存中未必是连续存储
- 链表根据实际需求确定带有头结点和不带头结点
一 单链表的增删改查
单链表的两种添加方式，一种是直接加载链表尾部，另一种是按节点顺序添加到指定位置。
两种都比较简单,直接上代码。
package com.njbj.linkedlist; import java.util.Stack; public class SingleLinkedListDemo { public static void main(String[] args) { // 进行测试 // 先创建节点 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"); // 创建要给链表 SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList(); // 加入 singleLinkedList.add(hero1); singleLinkedList.add(hero4); singleLinkedList.add(hero2); singleLinkedList.add(hero3); // 测试一下单链表的反转功能 System.out.println("原来链表的情况~~"); singleLinkedList.list(); // System.out.println("反转单链表~~"); // reversetList(singleLinkedList.getHead()); // singleLinkedList.list(); System.out.println("测试逆序打印单链表, 没有改变链表的结构~~"); reversePrint(singleLinkedList.getHead()); /* * //加入按照编号的顺序 singleLinkedList.addByOrder(hero1); * singleLinkedList.addByOrder(hero4); * singleLinkedList.addByOrder(hero2); * singleLinkedList.addByOrder(hero3); * * //显示一把 singleLinkedList.list(); * * //测试修改节点的代码 HeroNode newHeroNode = new HeroNode(2, "小卢", "玉麒麟~~"); * singleLinkedList.update(newHeroNode); * * System.out.println("修改后的链表情况~~"); singleLinkedList.list(); * * //删除一个节点 singleLinkedList.del(1); singleLinkedList.del(4); * System.out.println("删除后的链表情况~~"); singleLinkedList.list(); * * //测试一下 求单链表中有效节点的个数 System.out.println("有效的节点个数=" + * getLength(singleLinkedList.getHead()));//2 * * //测试一下看看是否得到了倒数第K个节点 HeroNode res = * findLastIndexNode(singleLinkedList.getHead(), 3); * System.out.println("res=" + res); */ } // 方式2： // 可以利用栈这个数据结构，将各个节点压入到栈中，然后利用栈的先进后出的特点，就实现了逆序打印的效果 public static void reversePrint(HeroNode head) { if (head.next == null) { return;// 空链表，不能打印 } // 创建要给一个栈，将各个节点压入栈 Stack<HeroNode> stack = new Stack<HeroNode>(); HeroNode cur = head.next; // 将链表的所有节点压入栈 while (cur != null) { stack.push(cur); cur = cur.next; // cur后移，这样就可以压入下一个节点 } // 将栈中的节点进行打印,pop 出栈 while (stack.size() > 0) { System.out.println(stack.pop()); // stack的特点是先进后出 } } // 将单链表反转 public static void reversetList(HeroNode head) { // 如果当前链表为空，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; } // 定义一个辅助的指针(变量)，帮助我们遍历原来的链表 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 // 动脑筋 while (cur != null) { next = cur.next;// 先暂时保存当前节点的下一个节点，因为后面需要使用 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 连接到新的链表上 cur = next;// 让cur后移 } // 将head.next 指向 reverseHead.next , 实现单链表的反转 head.next = reverseHead.next; } // 查找单链表中的倒数第k个结点 【新浪面试题】 // 思路 // 1. 编写一个方法，接收head节点，同时接收一个index // 2. index 表示是倒数第index个节点 // 3. 先把链表从头到尾遍历，得到链表的总的长度 getLength // 4. 得到size 后，我们从链表的第一个开始遍历 (size-index)个，就可以得到 // 5. 如果找到了，则返回该节点，否则返回nulll public static HeroNode findLastIndexNode(HeroNode head, int index) { // 判断如果链表为空，返回null if (head.next == null) { return null;// 没有找到 } // 第一个遍历得到链表的长度(节点个数) 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; } // 定义给辅助变量， for 循环定位到倒数的index HeroNode cur = head.next; // 3 // 3 - 1 = 2 for (int i = 0; i < size - index; i++) { cur = cur.next; } return cur; } // 方法：获取到单链表的节点的个数(如果是带头结点的链表，需求不统计头节点) /** * * @param head * 链表的头节点 * @return 返回的就是有效节点的个数 */ public static int getLength(HeroNode head) { if (head.next == null) { // 空链表 return 0; } int length = 0; // 定义一个辅助的变量, 这里我们没有统计头节点 HeroNode cur = head.next; while (cur != null) { length++; cur = cur.next; // 遍历 } return length; } } // 定义SingleLinkedList 管理我们的英雄 class SingleLinkedList { // 先初始化一个头节点, 头节点不要动, 不存放具体的数据 private HeroNode head = new HeroNode(0, "", ""); // 返回头节点 public HeroNode getHead() { return head; } // 添加节点到单向链表 // 思路，当不考虑编号顺序时 // 1. 找到当前链表的最后节点 // 2. 将最后这个节点的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遍历 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; } // 如果没有找到最后, 将将temp后移 temp = temp.next; } // 当退出while循环时，temp就指向了链表的最后 // 将最后这个节点的next 指向 新的节点 temp.next = heroNode; } // 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) public void addByOrder(HeroNode heroNode) { // 因为头节点不能动，因此我们仍然通过一个辅助指针(变量)来帮助找到添加的位置 // 因为单链表，因为我们找的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; // flag标志添加的编号是否存在，默认为false while (true) { if (temp.next == null) {// 说明temp已经在链表的最后 break; // } if (temp.next.no > heroNode.no) { // 位置找到，就在temp的后面插入 break; } else if (temp.next.no == heroNode.no) {// 说明希望添加的heroNode的编号已然存在 flag = true; // 说明编号存在 break; } temp = temp.next; // 后移，遍历当前链表 } // 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 已经存在了, 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. // 说明 // 1. 根据 newHeroNode 的 no 来修改即可 public void update(HeroNode newHeroNode) { // 判断是否空 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 { // 没有找到 System.out.printf("没有找到 编号 %d 的节点，不能修改\n", newHeroNode.no); } } // 删除节点 // 思路 // 1. head 不能动，因此我们需要一个temp辅助节点找到待删除节点的前一个节点 // 2. 说明我们在比较时，是temp.next.no 和 需要删除的节点的no比较 public void del(int no) { HeroNode temp = head; boolean flag = false; // 标志是否找到待删除节点的 while (true) { if (temp.next == null) { // 已经到链表的最后 break; } if (temp.next.no == no) { // 找到的待删除节点的前一个节点temp flag = true; break; } temp = temp.next; // temp后移，遍历 } // 判断flag if (flag) { // 找到 // 可以删除 temp.next = temp.next.next; } else { System.out.printf("要删除的 %d 节点不存在\n", 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"); return; } // 因为头节点，不能动，因此我们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， 一定小心 temp = temp.next; } } } // 定义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; } // 为了显示方法，我们重新toString @Override public String toString() { return "HeroNode [no=" + no + ", name=" + name + ", nickname=" + nickname + "]"; } }
二、双向链表的增删改查
单向链表查找只能是一个方向，而双向链表可以是向前或者向后查找
单向链表不能自我删除，删除主要靠辅助节点。双向链表可自我删除。
双向链表的操作都在代码里了，思路就在注释里，直接贴代码：
package com.njbj.linkedlist; public class DoubleLinkedListDemo { public static void main(String[] args) { // 测试 System.out.println("双向链表的测试"); // 先创建节点 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"); // 创建一个双向链表 DoubleLinkedList doubleLinkedList = new DoubleLinkedList(); doubleLinkedList.add(hero1); doubleLinkedList.add(hero2); doubleLinkedList.add(hero3); doubleLinkedList.add(hero4); doubleLinkedList.list(); // 修改 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.del(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, 头节点不要动, 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"); return; } // 因为头节点，不能动，因此我们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， 一定小心 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遍历 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; } // 如果没有找到最后, 将将temp后移 temp = temp.next; } // 当退出while循环时，temp就指向了链表的最后 // 形成一个双向链表 temp.next = heroNode; heroNode.pre = temp; } // 修改一个节点的内容, 可以看到双向链表的节点内容修改和单向链表一样 // 只是 节点类型改成 HeroNode2 public void update(HeroNode2 newHeroNode) { // 判断是否空 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 { // 没有找到 System.out.printf("没有找到 编号 %d 的节点，不能修改\n", newHeroNode.no); } } // 从双向链表中删除一个节点, // 说明 // 1 对于双向链表，我们可以直接找到要删除的这个节点 // 2 找到后，自我删除即可 public void del(int no) { // 判断当前链表是否为空 if (head.next == null) {// 空链表 System.out.println("链表为空，无法删除"); return; } HeroNode2 temp = head.next; // 辅助变量(指针) boolean flag = false; // 标志是否找到待删除节点的 while (true) { if (temp == null) { // 已经到链表的最后 break; } if (temp.no == no) { // 找到的待删除节点的前一个节点temp flag = true; break; } temp = temp.next; // temp后移，遍历 } // 判断flag if (flag) { // 找到 // 可以删除 // temp.next = temp.next.next;[单向链表] temp.pre.next = temp.next; // 这里我们的代码有问题? // 如果是最后一个节点，就不需要执行下面这句话，否则出现空指针 if (temp.next != null) { temp.next.pre = temp.pre; } } else { System.out.printf("要删除的 %d 节点不存在\n", no); } } } // 定义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; } // 为了显示方法，我们重新toString @Override public String toString() { return "HeroNode [no=" + no + ", name=" + name + ", nickname=" + nickname + "]"; } }
三、单向环形链表
1.约瑟夫问题描述：
先构成一个有n个节点的单链表，从k节点起从1开始计数，计到m时，对应节点从链表中删除。然后再从删除节点的下一个节点重新从1开始计数，知道最后一个节点从链表中删除算法结束。(最后产生一个出队编号的序列)
2.
- 构建一个单向的环形链表思路：
- 1). 先创建第一个节点, 让 first 指向该节点，并形成环形
- 2). 后面当我们每创建一个新的节点，就把该节点，加入到已有的环形链表中即可.
- 遍历环形链表思路：
- 1). 先让一个辅助指针(变量) curBoy，指向first节点
- 2). 然后通过一个while循环遍历 该环形链表即可 curBoy.next == first 结束
示例和代码：
根据用户的输入，生成一个小孩出圈的顺序
n = 5 , 即有5个人
k = 1, 从第一个人开始报数
m = 2, 数2下
分析：
1. 需求创建一个辅助指针(变量) helper , 事先应该指向环形链表的最后这个节点.
补充： 小孩报数前，先让 first 和 helper 移动 k - 1次
2. 当小孩报数时，让first 和 helper 指针同时 的移动 m - 1 次
3. 这时就可以将first 指向的小孩节点 出圈
first = first .next
helper.next = first
原来first 指向的节点就没有任何引用，就会被回收
出圈的顺序
2->4->1->5->3
package com.atguigu.linkedlist; public class Josepfu { public static void main(String[] args) { // 测试一把看看构建环形链表，和遍历是否ok CircleSingleLinkedList circleSingleLinkedList = new CircleSingleLinkedList(); circleSingleLinkedList.addBoy(125);// 加入5个小孩节点 circleSingleLinkedList.showBoy(); // 测试一把小孩出圈是否正确 circleSingleLinkedList.countBoy(10, 20, 125); // 2->4->1->5->3 // String str = "7*2*2-5+1-5+3-3"; } } // 创建一个环形的单向链表 class CircleSingleLinkedList { // 创建一个first节点,当前没有编号 private Boy first = null; // 添加小孩节点，构建成一个环形的链表 public void addBoy(int nums) { // nums 做一个数据校验 if (nums < 1) { System.out.println("nums的值不正确"); return; } Boy curBoy = null; // 辅助指针，帮助构建环形链表 // 使用for来创建我们的环形链表 for (int i = 1; i <= nums; i++) { // 根据编号，创建小孩节点 Boy boy = new Boy(i); // 如果是第一个小孩 if (i == 1) { first = boy; first.setNext(first); // 构成环 curBoy = first; // 让curBoy指向第一个小孩 } else { curBoy.setNext(boy);// boy.setNext(first);// curBoy = boy; } } } // 遍历当前的环形链表 public void showBoy() { // 判断链表是否为空 if (first == null) { System.out.println("没有任何小孩~~"); return; } // 因为first不能动，因此我们仍然使用一个辅助指针完成遍历 Boy curBoy = first; while (true) { System.out.printf("小孩的编号 %d \n", curBoy.getNo()); if (curBoy.getNext() == first) {// 说明已经遍历完毕 break; } curBoy = curBoy.getNext(); // curBoy后移 } } // 根据用户的输入，计算出小孩出圈的顺序 /** * * @param startNo * 表示从第几个小孩开始数数 * @param countNum * 表示数几下 * @param nums * 表示最初有多少小孩在圈中 */ public void countBoy(int startNo, int countNum, int nums) { // 先对数据进行校验 if (first == null || startNo < 1 || startNo > nums) { System.out.println("参数输入有误， 请重新输入"); return; } // 创建要给辅助指针,帮助完成小孩出圈 Boy helper = first; // 需求创建一个辅助指针(变量) helper , 事先应该指向环形链表的最后这个节点 while (true) { if (helper.getNext() == first) { // 说明helper指向最后小孩节点 break; } helper = helper.getNext(); } // 小孩报数前，先让 first 和 helper 移动 k - 1次 for (int j = 0; j < startNo - 1; j++) { first = first.getNext(); helper = helper.getNext(); } // 当小孩报数时，让first 和 helper 指针同时 的移动 m - 1 次, 然后出圈 // 这里是一个循环操作，知道圈中只有一个节点 while (true) { if (helper == first) { // 说明圈中只有一个节点 break; } // 让 first 和 helper 指针同时 的移动 countNum - 1 for (int j = 0; j < countNum - 1; j++) { first = first.getNext(); helper = helper.getNext(); } // 这时first指向的节点，就是要出圈的小孩节点 System.out.printf("小孩%d出圈\n", first.getNo()); // 这时将first指向的小孩节点出圈 first = first.getNext(); helper.setNext(first); // } System.out.printf("最后留在圈中的小孩编号%d \n", first.getNo()); } } // 创建一个Boy类，表示一个节点 class Boy { private int no;// 编号 private Boy next; // 指向下一个节点,默认null public Boy(int no) { this.no = no; } public int getNo() { return no; } public void setNo(int no) { this.no = no; } public Boy getNext() { return next; } public void setNext(Boy next) { this.next = next; } }
