Java编程内功-数据结构与算法「单链表」-java数据结构与算法

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基本介绍

链表是有序的列表,但是它在内存中存储如下

链表是以节点的方式来存储.
每个节点包含data域,next域:指向下一个节点.
如图:发现每个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.

单链表介绍

单链表(带头节点)逻辑结构示意图如下

单链表的应用实例

使用带head头的单向链表实现-水浒英雄排行榜管理

package com.structures.linkedlist; 
 
public class SingleLinkedListDemo { 
    public static void main(String[] args) { 
        HeroNode heroNode1 = new HeroNode(1, "宋江", "及时雨"); 
        HeroNode heroNode2 = new HeroNode(2, "卢俊义", "玉麒麟"); 
        HeroNode heroNode3 = new HeroNode(3, "吴用", "智多星"); 
        HeroNode heroNode4 = new HeroNode(4, "林冲", "豹子头"); 
        SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList(); 
        singleLinkedList.add(heroNode3); 
        singleLinkedList.add(heroNode2); 
        singleLinkedList.add(heroNode4); 
        singleLinkedList.add(heroNode1); 
        singleLinkedList.list(); 
    } 
} 
 
//定义SingleLinkedList管理我们的英雄 
class SingleLinkedList { 
    //先初始化一个头节点,头节点不能动,将来遍历用 
    private HeroNode head = new HeroNode(0, "", ""); 
 
    //添加节点到单向链表 
    //思路:当不考虑编号的顺序时 
    //1. 找到当前链表的最后节点 
    //2. 将最后这个节点的next域指向新的节点 
    public void add(HeroNode node) { 
        //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 (temp.next != null) { 
            //找到链表的最后 
            //如果没有找到temp就后移 
            temp = temp.next; 
        } 
        temp.next = node; 
    } 
 
    //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,因此我们需要一个辅助变量来遍历 
        HeroNode temp = head.next; 
        while (temp != null) { 
            //判断是否到最后 
            //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; 
    } 
 
    public HeroNode getNext() { 
        return next; 
    } 
 
    public void setNext(HeroNode next) { 
        this.next = next; 
    } 
 
    @Override 
    public String toString() { 
        return "HeroNode{" + 
                "no=" + no + 
                ", name='" + name + '\'' + 
                ", nickName='" + nickName + '\'' + 
                '}'; 
    } 
} 
/* 
HeroNode{no=3, name='吴用', nickName='智多星'} 
HeroNode{no=2, name='卢俊义', nickName='玉麒麟'} 
HeroNode{no=4, name='林冲', nickName='豹子头'} 
HeroNode{no=1, name='宋江', nickName='及时雨'} 
*/

可以看到以上链表的实现方式,在添加英雄时,并未按照英雄的编号进行排序. 下面重新写一个添加方法,实现插入英雄时按编号排序

package com.structures.linkedlist; 
 
public class SingleLinkedListDemo { 
    public static void main(String[] args) { 
        HeroNode heroNode1 = new HeroNode(1, "宋江", "及时雨"); 
        HeroNode heroNode2 = new HeroNode(2, "卢俊义", "玉麒麟"); 
        HeroNode heroNode3 = new HeroNode(3, "吴用", "智多星"); 
        HeroNode heroNode4 = new HeroNode(4, "林冲", "豹子头"); 
        SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList(); 
        singleLinkedList.addByNo(heroNode3); 
        singleLinkedList.addByNo(heroNode2); 
        singleLinkedList.addByNo(heroNode4); 
        singleLinkedList.addByNo(heroNode1); 
        singleLinkedList.list(); 
    } 
} 
 
//定义SingleLinkedList管理我们的英雄 
class SingleLinkedList { 
    //先初始化一个头节点,头节点不能动,将来遍历用 
    private HeroNode head = new HeroNode(0, "", ""); 
 
    //添加节点到单向链表 
    //思路:当不考虑编号的顺序时 
    //1. 找到当前链表的最后节点 
    //2. 将最后这个节点的next域指向新的节点 
    public void add(HeroNode node) { 
        //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 (temp.next != null) { 
            //找到链表的最后 
            //如果没有找到temp就后移 
            temp = temp.next; 
        } 
        temp.next = node; 
    } 
 
    //第二种添加英雄的方式,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 addByNo(HeroNode heroNode) { 
        //因为head节点不能动,因此我们需要一个辅助遍历temp 
        //因为单链表,因此找的temp是位于添加位置的前一个节点,否则加入不了 
        HeroNode temp = head; 
        boolean flag = false;//标识添加的编号是否存在,默认false 
        while (true) { 
            if (temp.next == null) { 
                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) { 
                //编号已存在 
                flag = true; 
                break; 
            } 
            temp = temp.next; 
        } 
        if (flag) { 
            System.out.printf("准备插入的英雄的编号 %d 已存在,不能加入\n", heroNode.no); 
        } else { 
            //插入链表temp的后面 
            heroNode.next = temp.next; 
            temp.next = heroNode; 
        } 
    } 
 
    //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,因此我们需要一个辅助变量来遍历 
        HeroNode temp = head.next; 
        while (temp != null) { 
            //判断是否到最后 
            //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; 
    } 
 
    public HeroNode getNext() { 
        return next; 
    } 
 
    public void setNext(HeroNode next) { 
        this.next = next; 
    } 
 
    @Override 
    public String toString() { 
        return "HeroNode{" + 
                "no=" + no + 
                ", name='" + name + '\'' + 
                ", nickName='" + nickName + '\'' + 
                '}'; 
    } 
} 
/* 
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'} 
*/

再次进行完善功能,添加修改节点功能

//修改节点的信息,根据no编号来修改,即编号no不能修改. 
    public void update(HeroNode heroNode) { 
        //判断是否为空 
        if (head.next == null) { 
            System.out.println("链表为空"); 
        } 
        //找到需要修改的节点,根据no编号 
        HeroNode temp = head.next; 
        boolean flag = false;//表示节点是否找到 
        while (true) { 
            if (temp == null) { 
                break; 
            } 
            if (temp.no == heroNode.no) { 
                flag = true; 
                break; 
            } 
            temp = temp.next; 
        } 
        if (flag) { 
            temp.name = heroNode.name; 
            temp.nickName = heroNode.nickName; 
        } else { 
            System.out.printf("没有找到 编号%d 的节点,不能修改\n", heroNode.no); 
        } 
    }

再次进行完善功能,添加删除节点功能

//删除节点 
    public void remove(HeroNode heroNode) { 
        //判断是否为空 
        if (head.next == null) { 
            System.out.println("链表为空"); 
        } 
        HeroNode temp = head.next; 
        boolean flag = false;//标识是否找到待删除的点 
        while (true) { 
            if (temp == null) { 
                break; 
            } 
            if (temp.next.no == heroNode.no) { 
                flag = true; 
                break; 
            } 
            temp = temp.next; 
        } 
        if (flag) { 
            temp.next = temp.next.next; 
        } else { 
            System.out.printf("无法删除 编号%d 的节点,\n", heroNode.no); 
        } 
    }

再次进行完善功能,添加统计单链表的有效节点数功能

/** 
     * 获取单链表的有效节点数,不统计头节点 
     * @param head 链表的头结点 
     * @return 有效节点数 
     */ 
    public static int getLength(HeroNode head) { 
        if (head.next == null) { 
            return 0; 
        } 
        int count = 0; 
        HeroNode temp = head.next; 
        while (temp.next != null) { 
            count++; 
            temp = temp.next; 
        } 
        return count; 
    }

再次进行完善功能,添加查找单链表中的倒数第K个节点功能

/** 
     * 查找单链表的倒数第K个节点[新浪面试题] 
     * 思路: 
     * 1.先把链表从头到尾遍历,得到链表的总长度 
     * 2.得到size后,从链表的第一个开始遍历到(size-index)个,就可以得到 
     * 
     * @param head 
     * @param index 表示倒数第index个节点 
     * @return 
     */ 
    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 temp = head.next; 
        for (int i = 0; i < (size - index); i++) { 
            temp = temp.next; 
        } 
        return temp; 
    }

再次进行完善功能,添加单链表反转功能

/** 
   * 反转链表[腾讯面试题] 
   * 思路: 
   * 1.先定义一个reverseHead = new HeroHead(); 
   * 2.从头到尾遍历原来的链表,每遍历一个节点,就将其取出,并放在新的链表的最前端; 
   * 3.原来的链表的head.next = reverseHead.next; 
   */ 
  public static void reverseList(HeroNode head) { 
      if (head.next == null || head.next.next == null) { 
          return; 
      } 
      HeroNode curr = head.next; 
      HeroNode next = null;//指向当前节点[curr]的下一个节点 
      HeroNode reverseHead = new HeroNode(0, "", ""); 
 
      while (curr != null) { 
          next = curr.next;//先暂时保存curr节点的下一个节点 
          curr.next = reverseHead.next;//将curr的下一个节点指向新的链表的最前端 
          reverseHead.next = curr;//将curr连接到新的链表上 
          curr = next;//让curr后移 
      } 
      head.next = reverseHead.next; 
  }

再次进行完善功能,添加从尾到头打印单链表功能

/** 
    * 使用栈的方式逆序打印[百度面试题] 
    */ 
   public static void reversePrint(HeroNode head) { 
       if (head.next == null) { 
           return; 
       } 
       Stack<HeroNode> heroNodes = new Stack<HeroNode>(); 
       HeroNode temp = head.next; 
       while (temp != null) { 
           heroNodes.add(temp); 
           temp = temp.next; 
       } 
       while (heroNodes.size() > 0) { 
           System.out.println(heroNodes.pop()); 
       } 
   }

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