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通過Java實例代碼學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之鏈表

桃花下淺酌 2021-08-17 14:12:00 瀏覽數(shù) (1972)
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一、鏈表的介紹

什么是鏈表

鏈表是一種物理存儲單元上非連續(xù)、非順序的存儲結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)元素的邏輯順序是通過鏈表中的指針鏈接次序?qū)崿F(xiàn)的。鏈表由一系列結(jié)點(鏈表中每一個元素稱為結(jié)點)組成,結(jié)點可以在運行時動態(tài)生成。每個結(jié)點包括兩個部分:一個是存儲數(shù)據(jù)元素的數(shù)據(jù)域,另一個是存儲下一個結(jié)點地址的指針域。 相比于線性表順序結(jié)構(gòu),操作復(fù)雜。由于不必須按順序存儲,鏈表在插入的時候可以達(dá)到O(1)的復(fù)雜度,比另一種線性表順序表快得多,但是查找一個節(jié)點或者訪問特定編號的節(jié)點則需要O(n)的時間,而線性表和順序表相應(yīng)的時間復(fù)雜度分別是O(logn)和O(1)。

在這里插入圖片描述

鏈表和數(shù)組的比較

使用鏈表結(jié)構(gòu)可以克服數(shù)組鏈表需要預(yù)先知道數(shù)據(jù)大小的缺點,鏈表結(jié)構(gòu)可以充分利用計算機(jī)內(nèi)存空間,實現(xiàn)靈活的內(nèi)存動態(tài)管理。但是鏈表失去了數(shù)組隨機(jī)讀取的優(yōu)點,同時鏈表由于增加了結(jié)點的指針域,空間開銷比較大。鏈表最明顯的好處就是,常規(guī)數(shù)組排列關(guān)聯(lián)項目的方式可能不同于這些數(shù)據(jù)項目在記憶體或磁盤上順序,數(shù)據(jù)的存取往往要在不同的排列順序中轉(zhuǎn)換。鏈表允許插入和移除表上任意位置上的節(jié)點,但是不允許隨機(jī)存取。

一句話就是鏈表因為內(nèi)存是動態(tài)分配的所以添加和刪除快,但是查詢速度慢
數(shù)組因為有索引所以查找快,但是添加和刪除慢,因為每次都要創(chuàng)建新的數(shù)組

二、單鏈表的實現(xiàn)

單鏈表在內(nèi)存中的情況:

在這里插入圖片描述

單鏈表的示意圖:
每個節(jié)點包含data域和next域指向下一個節(jié)點

在這里插入圖片描述

水滸里面的英雄好漢想必大家都聽過,下面用一個帶head節(jié)點的鏈表來實現(xiàn)對水滸英雄排名的增刪改查操作來了解單鏈表的操作。

//英雄節(jié)點
public class HeroNode {
    public int no;//編號
    public String name;//名字
    public String nickname;//綽號
    HeroNode next;//下一個節(jié)點

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

    public int getNo() {
        return no;
    }

    public void setNo(int no) {
        this.no = no;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getNickname() {
        return nickname;
    }

    public void setNickname(String nickname) {
        this.nickname = nickname;
    }

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

//定義SingleLinkedList 管理好漢節(jié)點
class SingleLinkedList {
	//先初始化一個頭節(jié)點, 頭節(jié)點不動, 不存放具體的數(shù)據(jù)
	private HeroNode head = new HeroNode(0, "", "");
	
	
	//返回頭節(jié)點
	public HeroNode getHead() {
		return head;
	}
	}

添加節(jié)點

不考慮好漢編號順序
思路分析

1.找到當(dāng)前鏈表的最后節(jié)點

2.將最后這個節(jié)點的next 指向 新的節(jié)點

public void add(HeroNode heroNode) {
		
		//因為head節(jié)點不能動,因此我們需要一個輔助節(jié)點遍歷鏈表
		HeroNode temp = head;
		//遍歷鏈表,找到最后
		while(true) {
			//找到鏈表的最后
			if(temp.next == null) {
				break;
			}
			//如果沒有找到最后, 將將temp后移
			temp = temp.next;
		}
		//當(dāng)退出while循環(huán)時,temp就指向了鏈表的最后
		//將最后這個節(jié)點的next 指向 新的節(jié)點
		temp.next = heroNode;
	}

第二種方式考慮好漢編號順序,根據(jù)排名將好漢插入到指定位置(如果沒有這個排名,則添加失敗,并給出提示)

public void addByOrder(HeroNode heroNode) {
		//因為頭節(jié)點不能動,因此我們?nèi)匀煌ㄟ^一個輔助指針(變量)來幫助找到添加的位置
		HeroNode temp = head;
		boolean flag = false; // flag標(biāo)志添加的編號是否存在,默認(rèn)為false
		while(true) {
			if(temp.next == null) {//說明temp已經(jīng)在鏈表的最后
				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) {//說明希望添加的heroNode的編號已然存在
				
				flag = true; //說明編號存在
				break;
			}
			temp = temp.next; //后移,遍歷當(dāng)前鏈表
		}
		//判斷flag 的值
		if(flag) { //不能添加,說明編號存在
			System.out.printf("準(zhǔn)備插入的英雄的編號 %d 已經(jīng)存在了, 不能加入
", heroNode.no);
		} else {
			//插入到鏈表中, temp的后面
			heroNode.next = temp.next;
			temp.next = heroNode;
		}
	}

修改節(jié)點

根據(jù) newHeroNode 的 no 來修改

public void update(HeroNode newHeroNode) {
		//判斷是否空
		if(head.next == null) {
			System.out.println("鏈表為空~");
			return;
		}
		//找到需要修改的節(jié)點, 根據(jù)no編號
		//定義一個輔助變量
		HeroNode temp = head.next;
		boolean flag = false; //表示是否找到該節(jié)點
		while(true) {
			if (temp == null) {
				break; //已經(jīng)遍歷完鏈表
			}
			if(temp.no == newHeroNode.no) {
				//找到
				flag = true;
				break;
			}
			temp = temp.next;
		}
		//根據(jù)flag 判斷是否找到要修改的節(jié)點
		if(flag) {
			temp.name = newHeroNode.name;
			temp.nickname = newHeroNode.nickname;
		} else { //沒有找到
			System.out.printf("沒有找到 編號 %d 的節(jié)點,不能修改
", newHeroNode.no);
		}
	}

刪除節(jié)點

根據(jù) 要刪除的 no 來刪除

public void delete(int no) {
		HeroNode temp = head;
		boolean flag = false; // 標(biāo)志是否找到待刪除節(jié)點的
		while(true) {
			if(temp.next == null) { //已經(jīng)到鏈表的最后
				break;
			}
			if(temp.next.no == no) {
				//找到的待刪除節(jié)點的前一個節(jié)點temp
				flag = true;
				break;
			}
			temp = temp.next; //temp后移,遍歷
		}
		//判斷flag
		if(flag) { //找到
			//可以刪除
			temp.next = temp.next.next;
		}else {
			System.out.printf("要刪除的 %d 節(jié)點不存在
", no);
		}
	}
	

查找節(jié)點

根據(jù) 輸入的 no 來查找

public void search(int no) {
		HeroNode temp = head;
		boolean flag = false; // 標(biāo)志是否找到節(jié)點
		while(true) {
			if(temp.next == null) { //已經(jīng)到鏈表的最后
				break;
			}
			if(temp.no == no) {
				//找到了該節(jié)點
				flag = true;
				break;
			}
			temp = temp.next; //temp后移,遍歷
		}
		//判斷flag
		if(flag) { 
		//找到了該節(jié)點
		System.out.printf("要查找的 %d 節(jié)點是
", temp);
		}else {
			System.out.printf("要查找的 %d 節(jié)點不存在
", no);
		}
	}
	

遍歷鏈表

public void list() {
		//判斷鏈表是否為空
		if(head.next == null) {
			System.out.println("鏈表為空");
			return;
		}
		//因為頭節(jié)點,不能動,因此我們需要一個輔助變量來遍歷
		HeroNode temp = head.next;
		while(true) {
			//判斷是否到鏈表最后
			if(temp == null) {
				break;
			}
			//輸出節(jié)點的信息
			System.out.println(temp);
			//將temp后移, 一定小心
			temp = temp.next;
		}
	}
}

測試:

public static void main(String[] args) {
		//先創(chuàng)建節(jié)點
		HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", "及時雨");
		HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "盧俊義", "玉麒麟");
		HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吳用", "智多星");
		HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "林沖", "豹子頭");
		SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
		singleLinkedList.add(hero1);
		singleLinkedList.add(hero4);
		singleLinkedList.add(hero2);
		singleLinkedList.add(hero3);
		singleLinkedList.list();
		System.out.println("刪除一個節(jié)點");
		singleLinkedList.del(3);
		singleLinkedList.update(new HeroNode(1,"宋江","義薄云天"));
		singleLinkedList.list();
		
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=及時雨]
HeroNode [no=4, name=林沖, nickname=豹子頭]
HeroNode [no=2, name=盧俊義, nickname=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吳用, nickname=智多星]
刪除一個節(jié)點
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=義薄云天]
HeroNode [no=4, name=林沖, nickname=豹子頭]
HeroNode [no=2, name=盧俊義, nickname=玉麒麟]

三、雙向鏈表的實現(xiàn)

 雙向鏈表的介紹

雙向鏈表也叫雙鏈表,是鏈表的一種,它的每個數(shù)據(jù)結(jié)點中都有兩個指針,分別指向直接后繼和直接前驅(qū)。所以,從雙向鏈表中的任意一個結(jié)點開始,都可以很方便地訪問它的前驅(qū)結(jié)點和后繼結(jié)點。如下圖所示:

在這里插入圖片描述

雙向鏈表的分析

單向鏈表查找的方向只有一個,而雙向鏈表可以向前或向后查找,實現(xiàn)雙向查找。
單向鏈表不能自我刪除,而雙向鏈表可以自我刪除。
我們依舊通過水滸英雄的例子來實現(xiàn)雙向鏈表的增刪改查操作。

// 定義HeroNode2 , 每個HeroNode 對象就是一個節(jié)點
class HeroNode2 {
	public int no;
	public String name;
	public String nickname;
	public HeroNode2 next; // 指向下一個節(jié)點, 默認(rèn)為null
	public HeroNode2 pre; // 指向前一個節(jié)點, 默認(rèn)為null

	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 + "]";
	}

}

// 創(chuàng)建一個雙向鏈表的類
class DoubleLinkedList {

	// 先初始化一個頭節(jié)點, 頭節(jié)點不動, 不存放具體的數(shù)據(jù)
	private HeroNode2 head = new HeroNode2(0, "", "");

	// 返回頭節(jié)點
	public HeroNode2 getHead() {
		return head;
	}
}

遍歷鏈表

// 創(chuàng)建一個雙向鏈表的類
class DoubleLinkedList {

	// 先初始化一個頭節(jié)點, 頭節(jié)點不動, 不存放具體的數(shù)據(jù)
	private HeroNode2 head = new HeroNode2(0, "", "");

	// 返回頭節(jié)點
	public HeroNode2 getHead() {
		return head;
	}
}

添加節(jié)點

public void add(HeroNode2 heroNode) {

		// 因為head節(jié)點不能動,因此我們需要一個輔助遍歷 temp
		HeroNode2 temp = head;
		// 遍歷鏈表,找到最后
		while (true) {
			// 找到鏈表的最后
			if (temp.next == null) {//
				break;
			}
			// 如果沒有找到最后, 將將temp后移
			temp = temp.next;
		}
		// 當(dāng)退出while循環(huán)時,temp就指向了鏈表的最后
		// 形成一個雙向鏈表
		temp.next = heroNode;
		heroNode.pre = temp;
	}

修改節(jié)點

public void update(HeroNode2 newHeroNode) {
		// 判斷是否空
		if (head.next == null) {
			System.out.println("鏈表為空~");
			return;
		}
		// 找到需要修改的節(jié)點, 根據(jù)no編號
		// 定義一個輔助變量
		HeroNode2 temp = head.next;
		boolean flag = false; // 表示是否找到該節(jié)點
		while (true) {
			if (temp == null) {
				break; // 已經(jīng)遍歷完鏈表
			}
			if (temp.no == newHeroNode.no) {
				// 找到
				flag = true;
				break;
			}
			temp = temp.next;
		}
		// 根據(jù)flag 判斷是否找到要修改的節(jié)點
		if (flag) {
			temp.name = newHeroNode.name;
			temp.nickname = newHeroNode.nickname;
		} else { // 沒有找到
			System.out.printf("沒有找到 編號 %d 的節(jié)點,不能修改
", newHeroNode.no);
		}
	}

刪除節(jié)點

// 1 對于雙向鏈表,我們可以直接找到要刪除的這個節(jié)點
	// 2 找到后,自我刪除即可
	public void del(int no) {

		// 判斷當(dāng)前鏈表是否為空
		if (head.next == null) {// 空鏈表
			System.out.println("鏈表為空,無法刪除");
			return;
		}

		HeroNode2 temp = head.next; // 輔助變量(指針)
		boolean flag = false; // 標(biāo)志是否找到待刪除節(jié)點的
		while (true) {
			if (temp == null) { // 已經(jīng)到鏈表的最后
				break;
			}
			if (temp.no == no) {
				// 找到的待刪除節(jié)點的前一個節(jié)點temp
				flag = true;
				break;
			}
			temp = temp.next; // temp后移,遍歷
		}
		// 判斷flag
		if (flag) { // 找到
			// 可以刪除
			// temp.next = temp.next.next;[單向鏈表]
			temp.pre.next = temp.next;
			// 這里我們的代碼有問題?
			// 如果是最后一個節(jié)點,就不需要執(zhí)行下面這句話,否則出現(xiàn)空指針
			if (temp.next != null) {
				temp.next.pre = temp.pre;
			}
		} else {
			System.out.printf("要刪除的 %d 節(jié)點不存在
", no);
		}
	}

測試

public static void main(String[] args) {
        // 測試
        System.out.println("雙向鏈表的測試");
        // 先創(chuàng)建節(jié)點
        HeroNode2 hero1 = new HeroNode2(1, "宋江", "及時雨");
        HeroNode2 hero2 = new HeroNode2(2, "盧俊義", "玉麒麟");
        HeroNode2 hero3 = new HeroNode2(3, "吳用", "智多星");
        HeroNode2 hero4 = new HeroNode2(4, "林沖", "豹子頭");
        // 創(chuàng)建一個雙向鏈表
        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, "公孫勝", "入云龍");
        doubleLinkedList.update(newHeroNode);
        System.out.println("修改后的鏈表情況");
        doubleLinkedList.list();

        // 刪除
        doubleLinkedList.del(3);
        System.out.println("刪除后的鏈表情況~~");
        doubleLinkedList.list();
}

雙向鏈表的測試
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=及時雨]
HeroNode [no=2, name=盧俊義, nickname=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吳用, nickname=智多星]
HeroNode [no=4, name=林沖, nickname=豹子頭]
修改后的鏈表情況
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=及時雨]
HeroNode [no=2, name=盧俊義, nickname=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吳用, nickname=智多星]
HeroNode [no=4, name=公孫勝, nickname=入云龍]
刪除后的鏈表情況~~
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=及時雨]
HeroNode [no=2, name=盧俊義, nickname=玉麒麟]
HeroNode [no=4, name=公孫勝, nickname=入云龍]

四、循環(huán)鏈表的實現(xiàn)

 循環(huán)鏈表介紹

循環(huán)鏈表是另一種形式的鏈?zhǔn)酱鎯Y(jié)構(gòu)。它的特點是表中最后一個結(jié)點的指針域指向頭結(jié)點,整個鏈表形成一個環(huán)。

在這里插入圖片描述

循環(huán)鏈表實現(xiàn)

public class LoopLinkedList {
     Node head;//頭結(jié)點
     Node tail;//尾結(jié)點
     int size;//鏈表大小

    public LoopLinkedList() {
        head=tail=null;
        size=0;
    }
    //鏈表大小
    public int getSize(){
        return size;
    }
    //頭部增加節(jié)點
    public void addInHead(Node node){
        if(size==0){
         node.setNext(node);
         head=tail=node;
         size++;
        }else {
            tail.setNext(node);
            node.setNext(head);
            head=node;
            size++;
        }
    }
    //尾部增加節(jié)點
    public void addInTail(Node node){
        if(size==0){
            node.setNext(node);
            head=tail=node;
            size++;
        }else {
            tail.setNext(node);
            node.setNext(head);
            tail=node;
            size++;
        }
    }
    //刪除頭部節(jié)點
    public void deleteHead(){
        if(size>1){
            //原來的head=null將會被自動回收
            head=head.getNext();
            tail.setNext(head);
            size--;
        }else if(size==1){
            head=tail=null;
            size--;
        } else {
            System.out.println("鏈表為空");
        }
    }
    //刪除尾部節(jié)點
    public void deleteTail(){
        if(size>1){
            Node temp=head;
            //循環(huán)遍歷找到尾部節(jié)點
            while (temp.getNext()!=tail){
                temp=temp.getNext();
            }
            temp.setNext(head);
            size--;
        }else if(size==1){
            head=tail=null;
            size--;
        } else {
            System.out.println("鏈表為空");
        }
    }
    //遍歷節(jié)點
    public void traverse(){
        if(size==0)
            System.out.println("鏈表為空");
        Node temp=head;
        while (temp.getNext()!=head){
            System.out.print(temp.getData());
            System.out.print("--->");
            temp=temp.getNext();
        }
        System.out.print(temp.getData());
        System.out.print("--->");
        System.out.print(head.getData());
    }
}
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        LoopLinkedList list = new LoopLinkedList();
        list.addInHead(new Node(1));
        list.addInHead(new Node(3));
        list.addInHead(new Node(4));
        list.addInTail(new Node(5));
        System.out.println(list.getSize());
        list.traverse();
        System.out.println();
        list.deleteHead();
        list.deleteTail();
        list.traverse();
    }
}
4
4--->3--->1--->5--->4
3--->1--->3

五,鏈表相關(guān)的面試題

求單鏈表中的有效節(jié)點個數(shù)

(如果是帶頭結(jié)點的鏈表,不統(tǒng)計頭節(jié)點)

/**
	 * 
	 * @param head 鏈表的頭節(jié)點
	 * @return 返回的就是有效節(jié)點的個數(shù)
	 */
	public static int getLength(HeroNode head) {
		if(head.next == null) { //空鏈表
			return 0;
		}
		int length = 0;
		//定義一個輔助的變量, 這里我們沒有統(tǒng)計頭節(jié)點
		HeroNode cur = head.next;
		while(cur != null) {
			length++;
			cur = cur.next; //遍歷
		}
		return length;
	}

查找單鏈表中的倒數(shù)第k個結(jié)點

思路分析:

1.編寫一個方法,接收head節(jié)點,同時接收一個indexindex

2.表示是倒數(shù)第index個節(jié)點

3.先把鏈表從頭到尾遍歷,得到鏈表的總的長度 getLength

4.得到size 后,我們從鏈表的第一個開始遍歷 (size-index)個,就可以得到

5.如果找到了,則返回該節(jié)點,否則返回null

public static HeroNode findLastIndexNode(HeroNode head, int index) {
		//判斷如果鏈表為空,返回null
		if(head.next == null) {
			return null;//沒有找到
		}
		//第一個遍歷得到鏈表的長度(節(jié)點個數(shù))
		int size = getLength(head);
		//第二次遍歷  size-index 位置,就是我們倒數(shù)的第K個節(jié)點
		//先做一個index的校驗
		if(index <=0 || index > size) {
			return null; 
		}
		//定義給輔助變量, for 循環(huán)定位到倒數(shù)的index
		HeroNode cur = head.next; //3 // 3 - 1 = 2
		for(int i =0; i< size - index; i++) {
			cur = cur.next;
		}
		return cur;
		
	}

將單鏈表反轉(zhuǎn)

如下所示:

在這里插入圖片描述

思路分析:

在這里插入圖片描述

代碼如下:

public static void reversetList(HeroNode head) {
		//如果當(dāng)前鏈表為空,或者只有一個節(jié)點,無需反轉(zhuǎn),直接返回
		if(head.next == null || head.next.next == null) {
			return ;
		}
		
		//定義一個輔助的指針(變量),幫助我們遍歷原來的鏈表
		HeroNode cur = head.next;
		HeroNode next = null;// 指向當(dāng)前節(jié)點[cur]的下一個節(jié)點
		HeroNode reverseHead = new HeroNode(0, "", "");
		//遍歷原來的鏈表,每遍歷一個節(jié)點,就將其取出,并放在新的鏈表reverseHead 的最前端
		while(cur != null) { 
			next = cur.next;//先暫時保存當(dāng)前節(jié)點的下一個節(jié)點,因為后面需要使用
			cur.next = reverseHead.next;//將cur的下一個節(jié)點指向新的鏈表的最前端
			reverseHead.next = cur; //將cur 連接到新的鏈表上
			cur = next;//讓cur后移
		}
		//將head.next 指向 reverseHead.next , 實現(xiàn)單鏈表的反轉(zhuǎn)
		head.next = reverseHead.next;
	}

從尾到頭打印鏈表

方案1.先將鏈表反轉(zhuǎn)然后打印遍歷代碼如上所示

方案2.可以利用棧這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),將各個節(jié)點壓入到棧中,然后利用棧的先進(jìn)后出的特點,就實現(xiàn)了逆序打印的效果

public static void reversePrint(HeroNode head) {
		if(head.next == null) {
			return;//空鏈表,不能打印
		}
		//創(chuàng)建一個棧,將各個節(jié)點壓入棧
		Stack<HeroNode> stack = new Stack<HeroNode>();
		HeroNode cur = head.next;
		//將鏈表的所有節(jié)點壓入棧
		while(cur != null) {
			stack.push(cur);
			cur = cur.next; //cur后移,這樣就可以壓入下一個節(jié)點
		}
		//將棧中的節(jié)點進(jìn)行打印,pop 出棧
		while (stack.size() > 0) {
			System.out.println(stack.pop()); //stack的特點是先進(jìn)后出
		}
	}

到這里,本篇關(guān)于Java代碼實現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的鏈表結(jié)構(gòu)的文章就介紹到此結(jié)束了,想要了解更多Java實現(xiàn)其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的更多內(nèi)容,可以搜索W3Cschool以前的文章,也可以繼續(xù)關(guān)注接下來的內(nèi)容。希望大家能夠多多支持W3Cschool編程獅!


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