手写数据结构-链表

1.链表基础

之前讲到的动态数组、栈、队列，底层都是依托静态数组，靠resize解决固定容量问题。而链表是一种真正的动态线性的数据结构。

• 数据储存在节点（Node）中,优点： 真正的动态，不需要处理固定容量问题，缺点：丧失了随机访问的能力。

　　

2.手写链表及时间复杂度分析（对照java中LinkedList）

package com.tc.javabase.datastructure.linklist;

/**
 * @Classname LinkedList
 * @Description 链表
 *
 * 时间复杂度分析
 *      增加一个节点
 *      增加一个头节点 O(1)
 *      增加一个尾节点 O(n)
 *      在指定下标增加 O(n)
 *
 *      删除一个节点
 *      删除头节点       O(1)
 *      删除尾节点       O(n)
 *      删除指定下标节点  O(n)
 *
 *      查询一个节点
 *      查询头节点       O(1)
 *      查询尾节点       O(n)
 *      查询指定下标的节点O(n)
 *
 *      更新一个节点
 *      更新头节点       O(1)
 *      更新尾节点       O(n)
 *      更新指定下标的节点O(n)
 *
 *      综上所述：在使用链表这种数据结构时 ，对头节点的增删改查的时间复杂度是O(1)，其余操作都是O(n)
 *      不适合做查询操作, 在增删改时最好对头节点进行操作。
 *
 *
 * @Date 2020/7/17 14:55
 * @Created by zhangtianci
 */
public class LinkedList {
    private class Node {
        E e;
        Node next;

        public Node(E e, Node next) {
            this.e = e;
            this.next = next;
        }

        public Node(E e) {
            this(e, null);
        }

        public Node() {
            this(null, null);
        }

        @Override
        public String toString() {
            return e.toString();
        }
    }

    private Node dummyHead;  //空头
    private int size;

    public LinkedList() {
        this.dummyHead = new Node();
        this.size = 0;
    }

    public int getSize() {
        return size;
    }

    public boolean isEmpty() {
        return size == 0 ? true : false;
    }

    public boolean contains(E e){
        Node cur = dummyHead.next;
        while(cur != null){
            if(cur.e.equals(e))
                return true;
            cur = cur.next;
        }
        return false;
    }

    /**
     * 增加一个节点
     * 增加一个头节点
     * 增加一个尾节点
     * 在指定下标增加
     */

    /**
     * 在指定下标添加一个元素
     *
     * 时间复杂度：若在头部插入元素复杂度O(1), 队尾O(n)  平均时间复杂度O(n/2)
     * 而渐进时间复杂度的n趋近去无穷  所以在指定下标添加一个元素的时间复杂度为O(n)
     * @param index
     * @param e
     */
    public void add(int index, E e) {

        //考虑边界问题
        //下标不合法  index < 0 || index >size
        if (index < 0 || index > size) {
            throw new IllegalArgumentException("下标不合法！");
        }

        Node pre = dummyHead;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            pre = pre.next;
        }

        pre.next = new Node(e, pre.next);
        size++;
    }

    /**
     * 链表首添加一个节点
     * 时间复杂度: O(1)
     */

    public void addFirst(E e) {
        add(0, e);
    }

    /**
     * 链表尾添加一个节点
     * 时间复杂度: O(n)
     */
    public void addLast(E e) {
        add(size, e);
    }


    /**
     *删除一个节点
     * 删除头节点
     * 删除尾节点
     * 删除指定下标节点
     */

    /**
     * 删除指定下标的节点
     *
     * 时间复杂度:O(n)
     * @param index
     * @return
     */
    public E remove(int index) {
        //考虑边界问题
        //下标不合法  index < 0 || index >size
        if (index < 0 || index > size) {
            throw new IllegalArgumentException("下标不合法！");
        }

        Node pre = dummyHead;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            pre = pre.next;
        }

        Node ret = pre.next;
        pre.next = ret.next;
        ret.next = null;
        size--;
        return ret.e;
    }

    // 从链表中删除元素e
    public void removeElement(E e){

        Node prev = dummyHead;
        while(prev.next != null){
            if(prev.next.e.equals(e))
                break;
            prev = prev.next;
        }

        if(prev.next != null){
            Node delNode = prev.next;
            prev.next = delNode.next;
            delNode.next = null;
            size --;
        }
    }

    /**
     * 删除头节点
     *
     * 时间复杂度:O(1)
     * @return
     */
    public E removeFirst() {
        return remove(0);
    }

    /**
     * 删除尾节点
     *
     * 时间复杂度:O(n)
     * @return
     */
    public E removeLast() {
        return remove(size - 1);
    }

    /**
     * 查询一个节点
     * 查询头节点
     * 查询尾节点
     * 查询指定下标的节点
     */

    /**
     * 获取指定下标的元素
     *
     * 时间复杂度:O(n)
     * @param index
     * @return
     */
    public E get(int index) {
        //考虑边界问题
        if (index < 0 || index > size - 1) {
            throw new IllegalArgumentException("下标不合法！");
        }

        Node retn = dummyHead.next;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            retn = retn.next;
        }
        return retn.e;
    }

    /**
     * 获取头节点
     *
     * 时间复杂度:O(1)
     * @return
     */
    public E getFirst() {
        return this.get(0);
    }

    /**
     * 获取尾节点
     *
     * 时间复杂度:O(n)
     */
    public E getLast() {
        return get(size - 1);
    }


    /**
     * 更新一个节点
     * 更新头节点
     * 更新尾节点
     * 更新指定下标的节点
     */


    /**
     * 更新指定下标的节点
     *
     * 时间复杂度:O(n)
     * @param index
     * @param e
     */
    public void set(int index, E e) {
        //考虑边界问题
        if (index < 0 || index > size - 1) {
            throw new IllegalArgumentException("下标不合法！");
        }
        Node retn = dummyHead.next;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            retn = retn.next;
        }
        retn.e = e;
    }

    /**
     * 更新头节点
     *
     * 时间复杂度:O(1)
     * @param e
     */
    public void setFirst(E e) {
        this.set(0, e);
    }

    /**
     * 更新尾节点
     *
     * 时间复杂度:O(n)
     * @param e
     */
    public void setLast(E e) {
        this.set(size - 1, e);
    }

    public String toString(){
        StringBuilder res = new StringBuilder();

        Node cur = dummyHead.next;
        while(cur != null){
            res.append(cur + "->");
            cur = cur.next;
        }
        res.append("NULL");

        return res.toString();
    }

    public static void main(String[] args) {
        /**
         * 测试新增一个节点
         */
        LinkedList linkedList = new LinkedList<>();
        linkedList.addFirst(1);
        linkedList.addFirst(2);
        linkedList.addLast(3);
        linkedList.add(3, 4);
        System.out.println(linkedList);

        /**
         * 查询一个节点
         */
        System.out.println(linkedList.getFirst());
        System.out.println(linkedList.getLast());
        System.out.println(linkedList.get(linkedList.getSize() - 1));


        /**
         * 测试更新一个节点
         */

        linkedList.setFirst(6);
        linkedList.setLast(5);
        linkedList.set(2,9);
        System.out.println(linkedList);

        /**
         * 测试删除一个节点
         */
        linkedList.removeFirst();
        linkedList.removeLast();
        linkedList.remove(1);
        System.out.println(linkedList);


    }
}