Java实现单向链表基本功能

一、前言

最近在回顾数据结构与算法，有部分的算法题用到了栈的思想，说起栈又不得不说链表了。数组和链表都是线性存储结构的基础，栈和队列都是线性存储结构的应用～

本文主要讲解单链表的基础知识点，做一个简单的入门～如果有错的地方请指正

二、回顾与知新

说起链表，我们先提一下数组吧，跟数组比较一下就很理解链表这种存储结构了。

2.1回顾数组

数组我们无论是C、Java都会学过：

• 数组是一种连续存储线性结构，元素类型相同，大小相等

数组的优点：

• 存取速度快

数组的缺点：

• 事先必须知道数组的长度
• 插入删除元素很慢
• 空间通常是有限制的
• 需要大块连续的内存块
• 插入删除元素的效率很低

2.2链表说明

看完了数组，回到我们的链表：

• 链表是离散存储线性结构

n个节点离散分配，彼此通过指针相连，每个节点只有一个前驱节点，每个节点只有一个后续节点，首节点没有前驱节点，尾节点没有后续节点。

链表优点：

• 空间没有限制
• 插入删除元素很快

链表缺点：

• 存取速度很慢

链表相关术语介绍，我还是通过上面那个图来说明吧：

确定一个链表我们只需要头指针，通过头指针就可以把整个链表都能推导出来了～

链表又分了好几类：

• 单向链表
  • 一个节点指向下一个节点
• 双向链表
  • 一个节点有两个指针域
• 循环链表
  • 能通过任何一个节点找到其他所有的节点，将两种(双向/单向)链表的最后一个结点指向第一个结点从而实现循环

操作链表要时刻记住的是：

• 节点中指针域指向的就是一个节点了！

三、Java实现链表

算法：

• 遍历
• 查找
• 清空
• 销毁
• 求长度
• 排序
• 删除节点
• 插入节点

首先，我们定义一个类作为节点

• 数据域
• 指针域

为了操作方便我就直接定义成public了。

public class Node {

    //数据域
    public int data;
    
    //指针域，指向下一个节点
    public Node next;

    public Node() {
    }

    public Node(int data) {
        this.data = data;
    }

    public Node(int data, Node next) {
        this.data = data;
        this.next = next;
    }
}

3.1创建链表(增加节点)

向链表中插入数据：

• 找到尾节点进行插入
• 即使头节点.next为null，不走while循环，也是将头节点与新节点连接的(我已经将head节点初始化过了，因此没必要判断头节点是否为null)～

    /**
     * 向链表添加数据
     *
     * @param value 要添加的数据
     */
    public static void addData(int value) {

        //初始化要加入的节点
        Node newNode = new Node(value);

        //临时节点
        Node temp = head;

        // 找到尾节点
        while (temp.next != null) {
            temp = temp.next;
        }

        // 已经包括了头节点.next为null的情况了～
        temp.next = newNode;

    }

3.2遍历链表

上面我们已经编写了增加方法，现在遍历一下看一下是否正确～～～

从首节点开始，不断往后面找，直到后面的节点没有数据：

    /**
     * 遍历链表
     *
     * @param head 头节点
     */
    public static void traverse(Node head) {

        
        //临时节点，从首节点开始
        Node temp = head.next;

        while (temp != null) {

            System.out.println("关注公众号Java3y：" + temp.data);

            //继续下一个
            temp = temp.next;
        }
    }

结果：

3.3插入节点

1. 插入一个节点到链表中，首先得判断这个位置是否是合法的，才能进行插入～
2. 找到想要插入的位置的上一个节点就可以了～

    /**
     * 插入节点
     *
     * @param head  头指针
     * @param index 要插入的位置
     * @param value 要插入的值
     */
    public static void insertNode(Node head, int index, int value) {


        //首先需要判断指定位置是否合法，
        if (index < 1 || index > linkListLength(head) + 1) {
            System.out.println("插入位置不合法。");
            return;
        }

        //临时节点，从头节点开始
        Node temp = head;

        //记录遍历的当前位置
        int currentPos = 0;

        //初始化要插入的节点
        Node insertNode = new Node(value);

        while (temp.next != null) {

            //找到上一个节点的位置了
            if ((index - 1) == currentPos) {

                //temp表示的是上一个节点

                //将原本由上一个节点的指向交由插入的节点来指向
                insertNode.next = temp.next;

                //将上一个节点的指针域指向要插入的节点
                temp.next = insertNode;

                return;

            }

            currentPos++;
            temp = temp.next;
        }

    }

3.4获取链表的长度

获取链表的长度就很简单了，遍历一下，每得到一个节点+1即可～

    /**
     * 获取链表的长度
     * @param head 头指针
     */
    public static int  linkListLength(Node head) {

        int length = 0;

        //临时节点，从首节点开始
        Node temp = head.next;

        // 找到尾节点
        while (temp != null) {
            length++;
            temp = temp.next;
        }

        return length;
    }

3.5删除节点

删除某个位置上的节点其实是和插入节点很像的， 同样都要找到上一个节点。将上一个节点的指针域改变一下，就可以删除了～

    /**
     * 根据位置删除节点
     *
     * @param head  头指针
     * @param index 要删除的位置
     */
    public static void deleteNode(Node head, int index) {


        //首先需要判断指定位置是否合法，
        if (index < 1 || index > linkListLength(head) + 1) {
            System.out.println("删除位置不合法。");
            return;
        }

        //临时节点，从头节点开始
        Node temp = head;

        //记录遍历的当前位置
        int currentPos = 0;


        while (temp.next != null) {

            //找到上一个节点的位置了
            if ((index - 1) == currentPos) {

                //temp表示的是上一个节点

                //temp.next表示的是想要删除的节点

                //将想要删除的节点存储一下
                Node deleteNode = temp.next;

                //想要删除节点的下一个节点交由上一个节点来控制
                temp.next = deleteNode.next;


                //Java会回收它，设置不设置为null应该没多大意义了(个人觉得,如果不对请指出哦～)
                deleteNode = null;

                return;

            }
            currentPos++;
            temp = temp.next;
        }
    }

3.6对链表进行排序

前面已经讲过了8种的排序算法了【八种排序算法总结】，这次挑简单的冒泡排序吧(其实我是想写快速排序的，尝试了一下感觉有点难.....)

    /**
     * 对链表进行排序
     *
     * @param head
     *
     */
    public static void sortLinkList(Node head) {


        Node currentNode;

        Node nextNode;

        for (currentNode = head.next; currentNode.next != null; currentNode = currentNode.next) {

            for (nextNode = head.next; nextNode.next != null; nextNode = nextNode.next) {


                if (nextNode.data > nextNode.next.data) {

                    int temp = nextNode.data;
                    nextNode.data = nextNode.next.data;

                    nextNode.next.data = temp;

                }
            }


        }
    }

3.7找到链表中倒数第k个节点

这个算法挺有趣的：设置两个指针p1、p2，让p2比p1快k个节点，同时向后遍历，当p2为空，则p1为倒数第k个节点

    /**
     * 找到链表中倒数第k个节点(设置两个指针p1、p2，让p2比p1快k个节点，同时向后遍历，当p2为空，则p1为倒数第k个节点
     *
     * @param head
     * @param k    倒数第k个节点
     */
    public static Node findKNode(Node head, int k) {

        if (k < 1 || k > linkListLength(head))
            return null;
        Node p1 = head;
        Node p2 = head;

        // p2比怕p1快k个节点
        for (int i = 0; i < k - 1; i++)
            p2 = p2.next;


        // 只要p2为null，那么p1就是倒数第k个节点了
        while (p2.next != null) {

            p2 = p2.next;
            p1 = p1.next;
        }
        return p1;


    }

3.8删除链表重复数据

跟冒泡排序差不多，只要它相等，就能删除了～

  /**
     * 删除链表重复数据(跟冒泡差不多，等于删除就是了)
     *
     * @param head 头节点
     */
    public static void deleteDuplecate(Node head) {

        //临时节点，(从首节点开始-->真正有数据的节点)
        Node temp = head.next;

        //当前节点(首节点)的下一个节点
        Node nextNode = temp.next;

        while (temp.next != null) {

            while (nextNode.next != null) {

                if (nextNode.next.data == nextNode.data) {

                    //将下一个节点删除(当前节点指向下下个节点)
                    nextNode.next = nextNode.next.next;

                } else {

                    //继续下一个
                    nextNode = nextNode.next;
                }
            }

            //下一轮比较
            temp = temp.next;
        }


    }

3.9查询链表的中间节点

这个算法也挺有趣的：一个每次走1步，一个每次走两步，走两步的遍历完，然后走一步的指针，那就是中间节点

    /**
     * 查询单链表的中间节点
     */

    public static Node searchMid(Node head) {

        Node p1 = head;
        Node p2 = head;


        // 一个走一步，一个走两步，直到为null，走一步的到达的就是中间节点
        while (p2 != null && p2.next != null && p2.next.next != null) {

            p1 = p1.next;
            p2 = p2.next.next;

        }

        return p1;


    }

3.10通过递归从尾到头输出单链表

    /**
     * 通过递归从尾到头输出单链表
     *
     * @param head 头节点
     */
    public  static  void printListReversely(Node head) {
        if (head != null) {
            printListReversely(head.next);
            System.out.println(head.data);
        }
    }

3.11反转链表

    /**
     * 实现链表的反转
     *
     * @param node 链表的头节点
     */
    public static Node reverseLinkList(Node node) {

        Node prev ;
        if (node == null || node.next == null) {
            prev = node;
        } else {
            Node tmp = reverseLinkList(node.next);
            node.next.next = node;
            node.next = null;
            prev = tmp;
        }
        return prev;

    }

反转链表参考自：

• http://www.cnblogs.com/hanxue112253/p/8533426.html

四、最后

理解链表本身并不难，但做相关的操作就弄得头疼，head.next next next next ....(算法这方面我还是薄弱啊..脑子不够用了.....)写了两天就写了这么点东西...

操作一个链表只需要知道它的头指针就可以做任何操作了

• 添加数据到链表中
  • 遍历找到尾节点，插入即可(只要while(temp.next != null)，退出循环就会找到尾节点)
• 遍历链表
  • 从首节点(有效节点)开始，只要不为null，就输出
• 给定位置插入节点到链表中
  • 首先判断该位置是否有效(在链表长度的范围内)
  • 找到想要插入位置的上一个节点
    • 将原本由上一个节点的指向交由插入的节点来指向
    • 上一个节点指针域指向想要插入的节点
  • 
    
• 获取链表的长度
  • 每访问一次节点，变量++操作即可
• 删除给定位置的节点
  • 首先判断该位置是否有效(在链表长度的范围内)
  • 找到想要插入位置的上一个节点
    • 将原本由上一个节点的指向后面一个节点
• 对链表进行排序
  • 使用冒泡算法对其进行排序
• 找到链表中倒数第k个节点
  • 设置两个指针p1、p2，让p2比p1快k个节点，同时向后遍历，当p2为空，则p1为倒数第k个节点
• 删除链表重复数据
  • 操作跟冒泡排序差不多，只要它相等，就能删除了～
• 查询链表的中间节点
  • 这个算法也挺有趣的：一个每次走1步，一个每次走两步，走两步的遍历完，然后走一步的指针，那就是中间节点
• 递归从尾到头输出单链表
  • 只要下面还有数据，那就往下找，递归是从最后往前翻。
• 反转链表
  • 有递归和非递归两种方式，我觉得是挺难的。可以到我给出的链接上查阅～

PS：每个人的实现都会不一样，所以一些小细节难免会有些变动，也没有固定的写法，能够实现对应的功能即可～

参考资料：

• http://www.cnblogs.com/whgk/p/6589920.html
• https://www.cnblogs.com/bywallance/p/6726251.html

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