看不懂的数据结构-链表深度刨析
欧克!欧克!小刘今天带大家来学习一下链表 ,你要是学不会,你来捶我
1、链表(Linked List)介绍
1.1、内存结构
- 内存上来看:链表存储空间 不连续(不像数组)
1.2、逻辑结构
- 逻辑上来看:链表属于 线性结构
1.3、链表特点
- 链表是以节点的方式来存储,是 链式存储
- data 域存放数据,next 域 指向下一个节点
- 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
2、链表应用场景
2.1、水浒英雄榜
- 使用带 head 头的 单向链表实现【水浒英雄排行榜管理】
2.2、链表节点定义
- no :英雄编号
- name :英雄名字
- nickName :英雄昵称
- next :指向下一个 HeroNode 节点
class HeroNode {
public int no;
public String name;
public String nickName;
public HeroNode next;
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 + "]";
}
}
2.3、链表定义
- DummyHead : 头结点不存放数据,仅仅作为当前链表的入口
- head 字段的值不能改变,一旦改变,就 丢失了整个链表的入口,我们也就无法通过 head 找到链表了
class SingleLinkedList {
private HeroNode head = new HeroNode(0, "", "");
public HeroNode getHead() {
return head;
}
2.4、遍历链表
2.4.1、代码思路
- 定义辅助变量 temp ,相当于一个指针,指向 当前节点
- 何时遍历完成? temp == null 表明当前节点为 null ,即表示已到链表末尾
- 如何遍历? temp = temp.next ,每次输出当前节点信息之后,temp 指针后移
2.4.2、代码实现
- 遍历链表
public void list() {
if (head.next == null) {
System.out.println("链表为空");
return;
}
HeroNode temp = head.next;
while (true) {
if (temp == null) {
break;
}
System.out.println(temp);
temp = temp.next;
}
}
2.5、尾部插入
2.5.1、代码思路
- 定义辅助变量 temp ,相当于一个指针,指向 当前节点
- 如何在链表末尾插入节点?
- 首先需要遍历链表,找到链表最后一个节点,当 temp.next == null时,temp 节点指向链表最后一个节点
- 然后在 temp 节点之后插入节点即可: *temp.next = heroNode
2.5.2、代码实现
- 在链表尾部插入节点
public void add(HeroNode heroNode) {
HeroNode temp = head;
while (true) {
if (temp.next == null) {
break;
}
temp = temp.next;
}
temp.next = heroNode;
}
- 测试代码
public static void main(String[] args) {
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");
SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
singleLinkedList.add(hero1);
singleLinkedList.add(hero2);
singleLinkedList.add(hero3);
singleLinkedList.add(hero4);
singleLinkedList.list();
}
- 程序运行结果
HeroNode [no=1, name=宋江, nickName=及时雨]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickName=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickName=智多星]
HeroNode [no=4, name=林冲, nickName=豹子头]
2.6、按顺序插入
2.6.1、代码思路
- 定义辅助变量 temp ,相当于一个指针,指向 当前节点
- 应该如何执行插入?(待插入节点为 heroNode)
- 首先需要遍历链表,找到链表中编号值比 heroNode.no 大的节点,暂且叫它 biggerNode ,然后把 heroNode 插入到 biggerNode 之前即可
- 怎么找 biggerNode ?当 temp.next.no > heroNode.no 时,这时 temp.next 节点就是 biggerNode 节点。
- 为什么是 temp.next 节点?只有找到 temp 节点和 temp.next(biggerNode )节点,才能在 temp 节点和 temp.next 节点之间插入 heroNode 节点
- 怎么插入?
- heroNode .next = temp.next;
- temp.next = heroNode;
2.6.2、代码实现
- 按照英雄排名的顺序进行插入
public void addByOrder(HeroNode heroNode) {
HeroNode temp = head;
boolean flag = false;
while (true) {
if (temp.next == null) {
break;
}
if (temp.next.no > heroNode.no) {
break;
} else if (temp.next.no == heroNode.no) {
flag = true;
break;
}
temp = temp.next;
}
if (flag) {
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 {
heroNode.next = temp.next;
temp.next = heroNode;
}
}
- 测试代码
public static void main(String[] args) {
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");
SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
singleLinkedList.addByOrder(hero1);
singleLinkedList.addByOrder(hero4);
singleLinkedList.addByOrder(hero2);
singleLinkedList.addByOrder(hero3);
singleLinkedList.list();
}
- 程序运行结果
HeroNode [no=1, name=宋江, nickName=及时雨]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickName=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickName=智多星]
HeroNode [no=4, name=林冲, nickName=豹子头]
2.7、修改节点信息
2.7.1、代码思路
- 定义辅助变量 temp ,相当于一个指针,指向 当前节点
- 如何找到指定节点? *temp.no = newHeroNode.no
2.7.2、代码实现
- 修改指定节点信息
public void update(HeroNode newHeroNode) {
if (head.next == null) {
System.out.println("链表为空~");
return;
}
HeroNode temp = head.next;
boolean flag = false;
while (true) {
if (temp == null) {
break;
}
if (temp.no == newHeroNode.no) {
flag = true;
break;
}
temp = temp.next;
}
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);
}
}
- 测试代码
public static void main(String[] args) {
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");
SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
singleLinkedList.addByOrder(hero1);
singleLinkedList.addByOrder(hero4);
singleLinkedList.addByOrder(hero2);
singleLinkedList.addByOrder(hero3);
HeroNode newHeroNode = new HeroNode(2, "小卢", "玉麒麟~~");
singleLinkedList.update(newHeroNode);
singleLinkedList.list();
}
- 程序运行结果
HeroNode [no=1, name=宋江, nickName=及时雨]
HeroNode [no=2, name=小卢, nickName=玉麒麟~~]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickName=智多星]
HeroNode [no=4, name=林冲, nickName=豹子头]
2.8、删除节点
2.8.1、代码思路
- 定义辅助变量 temp ,相当于一个指针,指向 当前节点
- 如何找到待删除的节点?遍历链表,当 temp.next == no 时,temp.next 节点就是待删除的节点
- 如何删除? temp = temp.next.next 即可删除 temp.next 节点,该节点没有引用指向它,会被垃圾回收机制回收
2.8.2、代码实现
- 删除指定节点
public void del(int no) {
HeroNode temp = head;
boolean flag = false;
while (true) {
if (temp.next == null) {
break;
}
if (temp.next.no == no) {
flag = true;
break;
}
temp = temp.next;
}
if (flag) {
temp.next = temp.next.next;
} else {
System.out.printf("要删除的 %d 节点不存在\n", no);
}
}
- 测试代码
public static void main(String[] args) {
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");
SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
singleLinkedList.add(hero1);
singleLinkedList.add(hero2);
singleLinkedList.add(hero3);
singleLinkedList.add(hero4);
singleLinkedList.del(1);
singleLinkedList.del(4);
singleLinkedList.list();
}
- 程序运行结果
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickName=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickName=智多星]
2.9、总结
- 遍历链表,执行操作时,判断条件有时候是 temp ,有时候是 temp.next ,Why?
- 对于插入、删除节点来说,需要知道 当前待操作的节点(heroNode)前一个节点的地址(指针),如果直接定位至当前待操作的节点 heroNode ,那没得玩。。。因为不知道heroNode 前一个节点的地址,无法进行插入、删除操作,所以 while 循环中的条件使用 temp.next 进行判断
- 对于更新、遍历操作来说,我需要的仅仅就只是当前节点的信息,所以 while 循环中的条件使用 temp进行判断
- 头结点与首节点
- 参考资料:https://blog.csdn.net/WYpersist/article/details/80288056
- 头结点是为了操作的统一与方便而设立的,放在第一个元素结点之前,其数据域一般无意义(当然有些情况下也可存放链表的长度、用做监视哨等等)。
- 首元结点也就是第一个元素的结点,它是头结点后边的第一个结点。
3、单链表面试题
3.1、求单链表中有效节点的个数
3.1.1、代码思路
- 求单链表中有效节点的个数:遍历即可
3.1.2、代码实现
- 求单链表中有效节点的个数
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;
}
- 测试代码
public static void main(String[] args) {
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");
SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
singleLinkedList.add(hero1);
singleLinkedList.add(hero2);
singleLinkedList.add(hero3);
singleLinkedList.add(hero4);
singleLinkedList.list();
System.out.println("有效的节点个数=" + getLength(singleLinkedList.getHead()));
}
- 程序运行结果
HeroNode [no=1, name=宋江, nickName=及时雨]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickName=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickName=智多星]
HeroNode [no=4, name=林冲, nickName=豹子头]
有效的节点个数=4
3.2、查找单链表中的倒数第 k 个结点
3.2.1、代码思路
- 查找单链表中的倒数第k个结点 【新浪面试题】
- 首先,获取整个链表中元素的个数 size
- 在使用 for 循环定位至倒数第 index(形参) 个节点,返回即可
- for 循环的条件应如何确定?for (int i = 0; i < x; i++) 中 x 的值应是多少?我们需要定位至倒数第 index 个节点,在 for 循环之前,我们已经定位置首节点,还需再走 (size - index ) 步,定位至倒数第 index 个节点
- 举例说明:链表中一共有 4 个元素,想要定位至倒数第 2 个节点,那么需要在首节点之后走两步,到达倒数第 2 个节点
3.2.2、代码实现
- 查找单链表中的倒数第k个结点
public static HeroNode findLastIndexNode(HeroNode head, int index) {
if (head.next == null) {
return null;
}
int size = getLength(head);
if (index 0 || index > size) {
return null;
}
HeroNode cur = head.next;
for (int i = 0; i < size - index; i++) {
cur = cur.next;
}
return cur;
}
- 测试代码
public static void main(String[] args) {
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");
SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
singleLinkedList.add(hero1);
singleLinkedList.add(hero2);
singleLinkedList.add(hero3);
singleLinkedList.add(hero4);
singleLinkedList.list();
HeroNode res = findLastIndexNode(singleLinkedList.getHead(), 2);
System.out.println("res=" + res);
}
- 程序运行结果
HeroNode [no=1, name=宋江, nickName=及时雨]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickName=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickName=智多星]
HeroNode [no=4, name=林冲, nickName=豹子头]
res=HeroNode [no=3, name=吴用, nickName=智多星]
3.3、单链表的反转
3.3.1、代码思路
- 单链表的反转【腾讯面试题,有点难度】
- 定义一个新的头结点 reverseHead ,一点一点将链表反转后,再串起来
- 怎么个串法?
- 在原链表中每读取一个节点(cur),先保存其下一个节点的地址(next),然后将 cur 节点放在新链表的最前面
- 然后执行遍历: cur = next ,即指针后移
- 遍历完成后,新链表即是反转后的链表
- 如何将 cur 节点插入在新链表的最前面
- cur.next = reverseHead.next;
- reverseHead.next = cur;
- while 循环终止条件? cur == null :已遍历至链表尾部
- 单链表的翻转可以参考我的这篇博文:https://blog.csdn.net/oneby1314/article/details/107577923
3.3.2、代码实现
- 单链表的反转
public static void reversetList(HeroNode head) {
if (head.next == null || head.next.next == null) {
return;
}
HeroNode cur = head.next;
HeroNode next = null;
HeroNode reverseHead = new HeroNode(0, "", "");
while (cur != null) {
next = cur.next;
cur.next = reverseHead.next;
reverseHead.next = cur;
cur = next;
}
head.next = reverseHead.next;
}
- 测试代码
public static void main(String[] args) {
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");
SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
singleLinkedList.add(hero1);
singleLinkedList.add(hero2);
singleLinkedList.add(hero3);
singleLinkedList.add(hero4);
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();
}
- 程序运行结果
原来链表的情况~~
HeroNode [no=1, name=宋江, nickName=及时雨]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickName=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickName=智多星]
HeroNode [no=4, name=林冲, nickName=豹子头]
反转单链表~~
HeroNode [no=4, name=林冲, nickName=豹子头]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickName=智多星]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickName=玉麒麟]
HeroNode [no=1, name=宋江, nickName=及时雨]
3.4、单链表的反转(我的代码)
3.4.1、代码思路
- 单链表的反转【腾讯面试题,有点难度】
- 原链表为 cur 指向 next ,反转链表不就是把 next 指向 cur 吗?
- 由于 next 指向 cur 时,next 将 丢失其下一节点的地址,所以需要先将 nnext 保存起来
- next ==null 时链表已经反转完毕,最后将头结点指向 cur 节点即可
3.4.2、代码实现
- 单链表的反转
public static void myReversetList(HeroNode head) {
if (head.next == null || head.next.next == null) {
return;
}
HeroNode cur = head.next;
HeroNode next = cur.next;
cur.next = null;
while (next != null) {
HeroNode nnext = next.next;
next.next = cur;
cur = next;
next = nnext;
}
head.next = cur;
}
- 测试代码
public static void main(String[] args) {
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");
SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
singleLinkedList.add(hero1);
singleLinkedList.add(hero2);
singleLinkedList.add(hero3);
singleLinkedList.add(hero4);
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();
}
- 程序运行结果
原来链表的情况~~
HeroNode [no=1, name=宋江, nickName=及时雨]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickName=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickName=智多星]
HeroNode [no=4, name=林冲, nickName=豹子头]
反转单链表~~
HeroNode [no=4, name=林冲, nickName=豹子头]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickName=智多星]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickName=玉麒麟]
HeroNode [no=1, name=宋江, nickName=及时雨]
3.5、从尾到头打印单链表
3.5.1、栈的基本使用
- 测试代码
public static void main(String[] args) {
Stack<String> stack = new Stack();
stack.add("jack");
stack.add("tom");
stack.add("smith");
while (stack.size() > 0) {
System.out.println(stack.pop());
}
}
- 程序运行结果
smith
tom
jack
3.5.2、代码思路
- 从尾到头打印单链表 【百度,要求方式1:反向遍历 。 方式2:Stack栈】
- 方式一:先将单链表进行反转操作,然后再遍历输出,问题: 破坏原链表结构,不可取
- 方式二:遍历链表,去除节点压入栈中,利用栈 先进后出的特点,实现逆序打印
3.5.3、代码实现
- 从尾到头打印单链表
public static void reversePrint(HeroNode head) {
if (head.next == null) {
return;
}
Stack<HeroNode> stack = new Stack<HeroNode>();
HeroNode cur = head.next;
while (cur != null) {
stack.push(cur);
cur = cur.next;
}
while (stack.size() > 0) {
System.out.println(stack.pop());
}
}
- 测试代码
public static void main(String[] args) {
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");
SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
singleLinkedList.add(hero1);
singleLinkedList.add(hero2);
singleLinkedList.add(hero3);
singleLinkedList.add(hero4);
System.out.println("原来链表的情况~~");
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());
}
- 程序运行结果
原来链表的情况~~
HeroNode [no=1, name=宋江, nickName=及时雨]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickName=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickName=智多星]
HeroNode [no=4, name=林冲, nickName=豹子头]
测试逆序打印单链表, 没有改变链表的结构~~
HeroNode [no=4, name=林冲, nickName=豹子头]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickName=智多星]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickName=玉麒麟]
HeroNode [no=1, name=宋江, nickName=及时雨]
3.6、合并两个有序的单链表
3.6.1、代码思路
- 合并两个有序的单链表,合并之后的链表依然有序【课后练习】
3.6.2、代码实现
- 合并两个有序的单链表,合并之后的链表依然有序
- 具体讲解见我的一篇博客:https://blog.csdn.net/oneby1314/article/details/107590876
3.7、单向链表所有代码
public class SingleLinkedListDemo {
public static void main(String[] args) {
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");
SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
singleLinkedList.add(hero1);
singleLinkedList.add(hero4);
singleLinkedList.add(hero2);
singleLinkedList.add(hero3);
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());
singleLinkedList.addByOrder(hero1);
singleLinkedList.addByOrder(hero4);
singleLinkedList.addByOrder(hero2);
singleLinkedList.addByOrder(hero3);
singleLinkedList.list();
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();
singleLinkedList.del(1);
singleLinkedList.del(4);
System.out.println("删除后的链表情况~~");
singleLinkedList.list();
System.out.println("有效的节点个数=" + getLength(singleLinkedList.getHead()));
HeroNode res = findLastIndexNode(singleLinkedList.getHead(), 3);
System.out.println("res=" + res);
}
public static void reversePrint(HeroNode head) {
if (head.next == null) {
return;
}
Stack<HeroNode> stack = new Stack<HeroNode>();
HeroNode cur = head.next;
while (cur != null) {
stack.push(cur);
cur = cur.next;
}
while (stack.size() > 0) {
System.out.println(stack.pop());
}
}
public static void reversetList(HeroNode head) {
if (head.next == null || head.next.next == null) {
return;
}
HeroNode cur = head.next;
HeroNode next = null;
HeroNode reverseHead = new HeroNode(0, "", "");
while (cur != null) {
next = cur.next;
cur.next = reverseHead.next;
reverseHead.next = cur;
cur = next;
}
head.next = reverseHead.next;
}
public static void myReversetList(HeroNode head) {
if (head.next == null || head.next.next == null) {
return;
}
HeroNode cur = head.next;
HeroNode next = cur.next;
cur.next = null;
while (next != null) {
HeroNode nnext = next.next;
next.next = cur;
cur = next;
next = nnext;
}
head.next = cur;
}
public static HeroNode findLastIndexNode(HeroNode head, int index) {
if (head.next == null) {
return null;
}
int size = getLength(head);
if (index 0 || index > size) {
return null;
}
HeroNode cur = head.next;
for (int i = 0; i < size - index; i++) {
cur = cur.next;
}
return cur;
}
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;
}
}
class SingleLinkedList {
private HeroNode head = new HeroNode(0, "", "");
public HeroNode getHead() {
return head;
}
public void add(HeroNode heroNode) {
HeroNode temp = head;
while (true) {
if (temp.next == null) {
break;
}
temp = temp.next;
}
temp.next = heroNode;
}
public void addByOrder(HeroNode heroNode) {
HeroNode temp = head;
boolean flag = false;
while (true) {
if (temp.next == null) {
break;
}
if (temp.next.no > heroNode.no) {
break;
} else if (temp.next.no == heroNode.no) {
flag = true;
break;
}
temp = temp.next;
}
if (flag) {
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 {
heroNode.next = temp.next;
temp.next = heroNode;
}
}
public void update(HeroNode newHeroNode) {
if (head.next == null) {
System.out.println("链表为空~");
return;
}
HeroNode temp = head.next;
boolean flag = false;
while (true) {
if (temp == null) {
break;
}
if (temp.no == newHeroNode.no) {
flag = true;
break;
}
temp = temp.next;
}
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);
}
}
public void del(int no) {
HeroNode temp = head;
boolean flag = false;
while (true) {
if (temp.next == null) {
break;
}
if (temp.next.no == no) {
flag = true;
break;
}
temp = temp.next;
}
if (flag) {
temp.next = temp.next.next;
} else {
System.out.printf("要删除的 %d 节点不存在\n", no);
}
}
public void list() {
if (head.next == null) {
System.out.println("链表为空");
return;
}
HeroNode temp = head.next;
while (true) {
if (temp == null) {
break;
}
System.out.println(temp);
temp = temp.next;
}
}
}
class HeroNode {
public int no;
public String name;
public String nickName;
public HeroNode next;
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 + "]";
}
}
4、双向链表
4.1、与单向链表的比较
- 单向链表, 查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)
4.2、链表节点定义
- 在单向链表节点的基础上,增加 pre ,用于指向前一个节点
class HeroNode {
public int no;
public String name;
public String nickname;
public HeroNode next;
public HeroNode pre;
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 + "]";
}
}
4.3、链表定义
- 定义整个链表的头结点,作为链表的入口
class DoubleLinkedList {
private HeroNode head = new HeroNode(0, "", "");
public HeroNode getHead() {
return head;
}
4.4、链表遍历
4.4.1、代码思路
- 定义辅助变量 temp ,相当于一个指针,指向 当前节点 ,用于遍历链表
- 何时停止 while 循环? temp == null :已经遍历至链表尾部
4.4.2、代码实现
public void list() {
if (head.next == null) {
System.out.println("链表为空");
return;
}
HeroNode temp = head.next;
while (true) {
if (temp == null) {
break;
}
System.out.println(temp);
temp = temp.next;
}
}
4.5、尾部插入
4.5.1、代码思路
- 定义辅助变量 temp ,相当于一个指针,指向 当前节点
- 何时停止 while 循环? temp.next == null :temp 节点已经是链表最后一个节点,在 temp 节点之后插入 heroNode 节点即可
- 如何插入?
- temp.next 指向新的尾节点 heroNode : temp.next = heroNode;
- heroNode .pre 指向旧的尾节点 temp : *heroNode.pre = temp;
4.5.2、代码实现
- 在链表尾部插入节点
public void add(HeroNode heroNode) {
HeroNode temp = head;
while (true) {
if (temp.next == null) {
break;
}
temp = temp.next;
}
temp.next = heroNode;
heroNode.pre = temp;
}
4.6、按顺序插入
4.6.1、代码思路
- 定义辅助变量 temp ,相当于一个指针,指向 当前节点
- 我们将 heroNode 节点插入到 temp 节点之后还是 temp 节点之前?
- 如果插入到 temp 节点之后:
- 判断条件: temp.next.no > heroNode.no ,即 temp 的下一个节点的值比 heroNode 节点的值大,所以需要将 heroNode 插入到 temp 节点之后
- while 循环终止条件:
- temp.next == null :temp 节点已经是链表的尾节点
- temp.next.no > heroNode.no :heroNode 节点的值介于 temp 节点的值和 temp 下一个节点的值之间
- temp.next.no == heroNode.no :heroNode 节点的值等于 temp 下一个节点的值,不能进行插入
- 如果插入到 temp 节点之前:
- 判断条件: temp.no > heroNode.no ,即 temp 节点的值比 heroNode 节点的值大,所以需要将 heroNode 插入到 temp 节点之前
- 存在的问题:如果需要在链表尾部插入 heroNode 节点,即需要在 null 节点之前插入 heroNode 节点, 定位至 null 节点将丢失其前一个节点的信息(除非使用一个变量保存起来),所以跳出循环的判断条件为:temp.next == null
- 所以我们选取:【插入到 temp 节点之后】方案
- 如果插入到 temp 节点之后:
4.6.2、代码实现
- 代码
public void addByOrder(HeroNode heroNode) {
HeroNode temp = head;
boolean flag = false;
while (true) {
if (temp.next == null) {
break;
}
if (temp.next.no > heroNode.no) {
break;
} else if (temp.next.no == heroNode.no) {
flag = true;
break;
}
temp = temp.next;
}
if (flag) {
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 {
heroNode.next = temp.next;
if(temp.next != null) {
temp.next.pre = heroNode;
}
temp.next = heroNode;
heroNode.pre = temp;
}
}
4.7、修改节点信息
4.7.1、代码思路
- 定义辅助变量 temp ,相当于一个指针,指向 当前节点
- 如何找到指定节点? *temp.no == no
4.7.2、代码实现
- 修改指定节点的信息
public void update(HeroNode newHeroNode) {
if (head.next == null) {
System.out.println("链表为空~");
return;
}
HeroNode temp = head.next;
boolean flag = false;
while (true) {
if (temp == null) {
break;
}
if (temp.no == newHeroNode.no) {
flag = true;
break;
}
temp = temp.next;
}
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);
}
}
4.8、删除节点
4.8.1、代码思路
- 定义辅助变量 temp ,相当于一个指针,指向 当前节点
- while 循环的终止条件?由于 temp 节点就是待删除节点,所以终止条件是: temp == null
- 为何双向链表,可以实现 自我删除?定位至待删除的节点 temp ,由于temp 节点有其前一个节点和后一个节点的信息,所以可实现自我删除
- 如何删除?
- temp 的前一个节点的 next 域指向 temp 的后一个节点: temp.pre.next = temp.next;
- temp 的后一个节点的 pre 域指向 temp 的前一个节点: temp.next.pre = temp.pre;
- 有个地方需要注意,如果 temp 已经是链表尾节点,temp 已经没有下一个节点
- 这时只需要将 temp 的前一个节点的 next 指向 null 即可
- 所以 temp.next.pre = temp.pre; 执行的前提条件是 *temp.next != null
4.8.2、代码实现
- 删除指定节点
public void del(int no) {
if (head.next == null) {
System.out.println("链表为空,无法删除");
return;
}
HeroNode temp = head.next;
boolean flag = false;
while (true) {
if (temp == null) {
break;
}
if (temp.no == no) {
flag = true;
break;
}
temp = temp.next;
}
if (flag) {
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\n", no);
}
}
4.9、双向链表测试
4.9.1、测试代码
public static void main(String[] args) {
System.out.println("双向链表的测试");
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(5, "林冲", "豹子头");
DoubleLinkedList doubleLinkedList = new DoubleLinkedList();
doubleLinkedList.add(hero1);
doubleLinkedList.add(hero2);
doubleLinkedList.add(hero3);
doubleLinkedList.add(hero4);
doubleLinkedList.list();
doubleLinkedList.addByOrder(new HeroNode(4, "Heygo", "Heygogo"));
doubleLinkedList.addByOrder(new HeroNode(6, "Oneby", "Onebyone"));
System.out.println("按顺序插入后的情况");
doubleLinkedList.list();
HeroNode newHeroNode = new HeroNode(5, "公孙胜", "入云龙");
doubleLinkedList.update(newHeroNode);
System.out.println("修改后的链表情况");
doubleLinkedList.list();
doubleLinkedList.del(3);
System.out.println("删除后的链表情况~~");
doubleLinkedList.list();
}
4.9.2、程序运行结果
双向链表的测试
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=及时雨]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickname=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickname=智多星]
HeroNode [no=5, name=林冲, nickname=豹子头]
按顺序插入后的情况
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=及时雨]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickname=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickname=智多星]
HeroNode [no=4, name=Heygo, nickname=Heygogo]
HeroNode [no=5, name=林冲, nickname=豹子头]
HeroNode [no=6, name=Oneby, nickname=Onebyone]
修改后的链表情况
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=及时雨]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickname=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickname=智多星]
HeroNode [no=4, name=Heygo, nickname=Heygogo]
HeroNode [no=5, name=公孙胜, nickname=入云龙]
HeroNode [no=6, name=Oneby, nickname=Onebyone]
删除后的链表情况~~
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=及时雨]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickname=玉麒麟]
HeroNode [no=4, name=Heygo, nickname=Heygogo]
HeroNode [no=5, name=公孙胜, nickname=入云龙]
HeroNode [no=6, name=Oneby, nickname=Onebyone]
4.10、双向链表所有代码
public class DoubleLinkedListDemo {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("双向链表的测试");
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(5, "林冲", "豹子头");
DoubleLinkedList doubleLinkedList = new DoubleLinkedList();
doubleLinkedList.add(hero1);
doubleLinkedList.add(hero2);
doubleLinkedList.add(hero3);
doubleLinkedList.add(hero4);
doubleLinkedList.list();
doubleLinkedList.addByOrder(new HeroNode(0, "Kobe", "BlackMamba"));
doubleLinkedList.addByOrder(new HeroNode(4, "Heygo", "Heygogo"));
doubleLinkedList.addByOrder(new HeroNode(6, "Oneby", "Onebyone"));
System.out.println("按顺序插入后的情况");
doubleLinkedList.list();
HeroNode newHeroNode = new HeroNode(5, "公孙胜", "入云龙");
doubleLinkedList.update(newHeroNode);
System.out.println("修改后的链表情况");
doubleLinkedList.list();
doubleLinkedList.del(3);
System.out.println("删除后的链表情况~~");
doubleLinkedList.list();
}
}
class DoubleLinkedList {
private HeroNode head = new HeroNode(0, "", "");
public HeroNode getHead() {
return head;
}
public void list() {
if (head.next == null) {
System.out.println("链表为空");
return;
}
HeroNode temp = head.next;
while (true) {
if (temp == null) {
break;
}
System.out.println(temp);
temp = temp.next;
}
}
public void add(HeroNode heroNode) {
HeroNode temp = head;
while (true) {
if (temp.next == null) {
break;
}
temp = temp.next;
}
temp.next = heroNode;
heroNode.pre = temp;
}
public void addByOrder(HeroNode heroNode) {
HeroNode temp = head;
boolean flag = false;
while (true) {
if (temp.next == null) {
break;
}
if (temp.next.no > heroNode.no) {
break;
} else if (temp.next.no == heroNode.no) {
flag = true;
break;
}
temp = temp.next;
}
if (flag) {
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 {
heroNode.next = temp.next;
if(temp.next != null) {
temp.next.pre = heroNode;
}
temp.next = heroNode;
heroNode.pre = temp;
}
}
public void update(HeroNode newHeroNode) {
if (head.next == null) {
System.out.println("链表为空~");
return;
}
HeroNode temp = head.next;
boolean flag = false;
while (true) {
if (temp == null) {
break;
}
if (temp.no == newHeroNode.no) {
flag = true;
break;
}
temp = temp.next;
}
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);
}
}
public void del(int no) {
if (head.next == null) {
System.out.println("链表为空,无法删除");
return;
}
HeroNode temp = head.next;
boolean flag = false;
while (true) {
if (temp == null) {
break;
}
if (temp.no == no) {
flag = true;
break;
}
temp = temp.next;
}
if (flag) {
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\n", no);
}
}
}
class HeroNode {
public int no;
public String name;
public String nickname;
public HeroNode next;
public HeroNode pre;
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 + "]";
}
}
4.11、总结
- 辅助变量 temp ,相当于一个指针,指向 当前节点
- 如果定位至当前节点会丢失前一个节点的信息,那么我们只能定位至待操作节点的前一个节点:使用 temp.next 进行条件判断
5、单向环形链表
5.1、单向环形链表应用场景
- Josephu 问题为: 设编号为 1, 2, ... n 的 n 个人围坐一圈, 约定编号为 k(1
5.2、单向环形链表图解
5.3、Josephu 问题
- 用一个不带头结点的循环链表来处理 Josephu 问题: 先构成一个有 n 个结点的 单循环链表, 然后由 k 结点起从 1 开始计数, 计到 m 时, 对应结点从链表中删除, 然后再从被删除结点的下一个结点又从 1 开始计数, 直到最后一个结点从链表中删除算法结束。
5.4、环形链表的构建与遍历
5.4.1、Boy 节点的定义
- Boy 节点就是个普普通通的单向链表节点
class Boy {
private int no;
private Boy next;
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;
}
}
5.4.2、单向循环链表的定义
- first 节点为单向循环链表的 首节点,是真实 存放数据的节点,不是头结点
class CircleSingleLinkedList {
private Boy first = null;
5.4.3、构建单向循环链表
1、代码思路
- 长度为 1 的情况:
- 新创建的 boy 节点即是首节点: first = boy;
- 自封闭(自己构成环形链表): first.setNext(first);
- 此时 first 节点既是首节点,也是尾节点,辅助指针也指向 first : curBoy = first;
- 长度不为 1 的情况:
- 将 boy 节点添加至环形链表的最后: curBoy.setNext(boy); ,curBoy 节点永远是环形链表的尾节点
- 构成环形链表(最): boy.setNext(first);
- 辅助指针后移,指向环形链表的尾节点: *curBoy = boy;
2、代码实现
public void addBoy(int nums) {
if (nums < 1) {
System.out.println("nums的值不正确");
return;
}
Boy curBoy = null;
for (int i = 1; i nums; i++) {
Boy boy = new Boy(i);
if (i == 1) {
first = boy;
first.setNext(first);
curBoy = first;
} else {
curBoy.setNext(boy);
boy.setNext(first);
curBoy = boy;
}
}
}
5.4.4、遍历单向循环链表
1、代码思路
- 定义辅助变量 curBoy ,相当于一个指针,指向 当前节点
- 何时退出 while 循环?当 curBoy 已经指向环形链表的尾节点: *curBoy.getNext() == first
2、代码实现
public void showBoy() {
if (first == null) {
System.out.println("没有任何小孩~~");
return;
}
Boy curBoy = first;
while (true) {
System.out.printf("小孩的编号 %d \n", curBoy.getNo());
if (curBoy.getNext() == first) {
break;
}
curBoy = curBoy.getNext();
}
}
5.5、解决 Josephu 问题
5.5.1、代码思路
- 辅助变量 helper :helper 永都指向 环形链表的尾节点,环形链表的尾节点永远都指向首节点,可得出: helper.getNext() == first
- 如何将 helper 定位至环形链表的尾节点?
- 初始化时,让 helper = first ,此时 helper 指向环形链表的首节点
- while 循环终止条件? helper.getNext() == first :此时 helper 已经移动至环形链表的尾节点
- 如何定位至第 startNo 个节点?如果想要定位至第 2 个节点,那么则需要让 first 和 helper 都移动 1 步,所以让 first 和 helper 都移动 (startNo - 1)步即可
- 如何数 nums 下?让 first 和 helper 都移动 (nums - 1)步即可
- 如何实现出圈?
- 我们需要将 first 指向的节点出圈,first 前一个节点的地址在 helper 中存着(环形链表)
- 先让 first 后移一步: first = first.getNext;
- 出圈: helper.setNext(first); ,原来的 first 节点由于没有任何引用,便会被垃圾回收机制回收
- while 循环终止条件?圈中只剩一人: *helper == first
5.5.2、代码实现
public void countBoy(int startNo, int countNum, int nums) {
if (first == null || startNo < 1 || startNo > nums) {
System.out.println("参数输入有误, 请重新输入");
return;
}
Boy helper = first;
while (true) {
if (helper.getNext() == first) {
break;
}
helper = helper.getNext();
}
for (int j = 0; j < startNo - 1; j++) {
first = first.getNext();
helper = helper.getNext();
}
while (true) {
if (helper == first) {
break;
}
for (int j = 0; j < countNum - 1; j++) {
first = first.getNext();
helper = helper.getNext();
}
System.out.printf("小孩%d出圈\n", first.getNo());
first = first.getNext();
helper.setNext(first);
}
System.out.printf("最后留在圈中的小孩编号%d \n", first.getNo());
}
5.6、Josephu 问题测试
5.6.1、测试代码
public static void main(String[] args) {
CircleSingleLinkedList circleSingleLinkedList = new CircleSingleLinkedList();
circleSingleLinkedList.addBoy(5);
circleSingleLinkedList.showBoy();
circleSingleLinkedList.countBoy(1, 2, 3);
}
5.6.2、程序运行结果
小孩的编号 1
小孩的编号 2
小孩的编号 3
小孩的编号 4
小孩的编号 5
小孩2出圈
小孩4出圈
小孩1出圈
小孩5出圈
最后留在圈中的小孩编号3
5.7、Josephu 问题所有代码
public class Josepfu {
public static void main(String[] args) {
CircleSingleLinkedList circleSingleLinkedList = new CircleSingleLinkedList();
circleSingleLinkedList.addBoy(5);
circleSingleLinkedList.showBoy();
circleSingleLinkedList.countBoy(1, 2, 3);
}
}
class CircleSingleLinkedList {
private Boy first = null;
public void addBoy(int nums) {
if (nums < 1) {
System.out.println("nums的值不正确");
return;
}
Boy curBoy = null;
for (int i = 1; i nums; i++) {
Boy boy = new Boy(i);
if (i == 1) {
first = boy;
first.setNext(first);
curBoy = first;
} else {
curBoy.setNext(boy);
boy.setNext(first);
curBoy = boy;
}
}
}
public void showBoy() {
if (first == null) {
System.out.println("没有任何小孩~~");
return;
}
Boy curBoy = first;
while (true) {
System.out.printf("小孩的编号 %d \n", curBoy.getNo());
if (curBoy.getNext() == first) {
break;
}
curBoy = curBoy.getNext();
}
}
public void countBoy(int startNo, int countNum, int nums) {
if (first == null || startNo < 1 || startNo > nums) {
System.out.println("参数输入有误, 请重新输入");
return;
}
Boy helper = first;
while (true) {
if (helper.getNext() == first) {
break;
}
helper = helper.getNext();
}
for (int j = 0; j < startNo - 1; j++) {
first = first.getNext();
helper = helper.getNext();
}
while (true) {
if (helper == first) {
break;
}
for (int j = 0; j < countNum - 1; j++) {
first = first.getNext();
helper = helper.getNext();
}
System.out.printf("小孩%d出圈\n", first.getNo());
first = first.getNext();
helper.setNext(first);
}
System.out.printf("最后留在圈中的小孩编号%d \n", first.getNo());
}
}
class Boy {
private int no;
private Boy next;
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;
}
}
5.8、总结
- 操作单向链表:对于插入、删除操作,只能定位至待操作节点的前一个节点,如果定位至当前节点,那么其上一个节点的信息便会丢失