Java数据结构(三)：单链表和双链表
目录
单链表
模拟实现单链表
双链表
模拟实现双链表
单链表
在实现单链表之前，先看看数组和单链表之间的区别：
数组：
1）数组需要维护下标
2）数组定义时需要指定数组长度
3）当在数组的某些位置增加和删除元素时，还要编写代码处理元素的移动
4）时间性能：查找O(1)、插入和删除O(n)
5）空间性能：需要预分配存储空间，分大了浪费，小了容易溢出
单链表：
1）长度可变，扩展性好
2）内存利用高（可以不连续）
3）时间性能：查找O(n)、插入和删除O(1)
4）空间性能：不需要分配存储空间，只要有就可以分配，元素个数不受限制
单链表的逻辑结构如下图所示：
单链表的存储结构图如下：
了解了单链表的特性后，接下来我们举一个例子，用代码将其实现。
模拟实现单链表
package com.chtw.linkedlist;
public class SingleLinkedListDemo {
public static void main(String[] args) {
// 测试
// 先创建节点
HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", "及时雨");
HeroNode hero2 = new HeroNode(5, "卢俊义", "玉麒麟");
HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吴用", "智多星");
HeroNode hero4 = new HeroNode(8, "林冲", "豹子头");
HeroNode hero5 = new HeroNode(4, "宋江", "及时雨");
HeroNode hero6 = new HeroNode(6, "卢俊义", "玉麒麟");
HeroNode hero7 = new HeroNode(7, "吴用", "智多星");
HeroNode hero8 = new HeroNode(2, "林冲", "豹子头");
// 创建链表
SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
SingleLinkedList singleLinkedList1 = new SingleLinkedList();
// 加入
/*
* singleLinkedList.add(hero1); singleLinkedList.add(hero2);
* singleLinkedList.add(hero3); singleLinkedList.add(hero4);
*/
singleLinkedList.addByOrder(hero1);
singleLinkedList.addByOrder(hero4);
singleLinkedList.addByOrder(hero3);
singleLinkedList.addByOrder(hero2);
singleLinkedList1.addByOrder(hero5);
singleLinkedList1.addByOrder(hero6);
singleLinkedList1.addByOrder(hero7);
singleLinkedList1.addByOrder(hero8);
// 测试一下单链表的反转功能
System.out.println("原来链表1的情况~~");
singleLinkedList.list();
System.out.println("原来链表2的情况~~");
singleLinkedList1.list();
/*System.out.println("原来链表的情况~~");
singleLinkedList1.list();*/
/*
* System.out.println("size=" + singleLinkedList.getLength());
* System.out.println("倒数第2个=" + singleLinkedList.findLastIndexNode(2));
*/
// 测试删除
/*singleLinkedList.delete(2);
System.out.println("删除节点后的链表");*/
//测试反转
/*System.out.println("反转链表后~");
singleLinkedList.reversetList();*/
System.out.println("连接两个列表后~");
singleLinkedList.mergeSingleLinkedList(singleLinkedList.getHead(), singleLinkedList1.getHead());
}
}
/**
* HeroNode节点
*
* @author CHTW
*
*/
class HeroNode {
public int no;
public String name;
public String nickName;
public HeroNode next;
public HeroNode(int no, String name, String nickName) {
super();
this.no = no;
this.name = name;
this.nickName = nickName;
}
@Override
public String toString() {
return "HeroNode [no=" + no + ", name=" + name + ", nickName=" + nickName + "]";
}
}
/**
* 创建单链表
*
* @author CHTW
*
*/
class SingleLinkedList {
// 先初始化一个头节点, 头节点不要动, 不存放具体的数据
private HeroNode head = new HeroNode(0, "", "");
// 返回头节点
public HeroNode getHead() {
return head;
}
/** 添加节点的方法-->在链表的最后面添加*/
public void add(HeroNode heroNode) {
// 头节点不能动，创建一个局部临时的辅助变量（指针）
HeroNode temp = head;
// 遍历链表
while (true) {
// 找到链表的最后
if (temp.next == null) {
break;
}
// 如果没有找到最后, 将temp后移
temp = temp.next;
}
// 当退出while循环时，temp就指向了链表的最后
// 将最后这个节点的next 指向 新的节点
temp.next = heroNode;
}
/**添加节点的方法-->按照no进行排序*/
public void addByOrder(HeroNode heroNode) {
// 因为头节点不能动，因此我们仍然通过一个辅助指针(变量)来帮助找到添加的位置
// 因为单链表，因为我们找的temp 是位于 添加位置的前一个节点，否则插入不了
HeroNode temp = head;
boolean flag = false; // flag标志添加的编号是否存在，默认为false
while (true) {
if (temp.next == null) {// 说明temp已经在链表的最后
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) {// 说明希望添加的heroNode的编号已然存在
flag = true; // 说明编号存在
break;
}
temp = temp.next; // 后移，遍历当前链表
}
// 判断flag 的值
if (flag) { // 不能添加，说明编号存在
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 {
// 插入到链表中, temp的后面
heroNode.next = temp.next;
temp.next = heroNode;
}
}
// 遍历链表
public void list() {
if (head.next == null) {
System.out.println("链表为空~~");
return;
}
// 头节点不能动，创建一个局部临时的辅助变量（指针）
HeroNode temp = head.next;
while (true) {
// 判断是否为空
if (temp == null) {
break;
}
System.out.println(temp);
// 将temp后移， 一定小心
temp = temp.next;
}
}
/**
* 获取到单链表的节点的个数(如果是带头结点的链表，需求不统计头节点)
*
* @param head
* 链表的头节点
* @return 返回的就是有效节点的个数
*/
public int getLength() {
if (head.next == null) { // 空链表
return 0;
}
int length = 0;
// 定义一个辅助的变量, 这里我们没有统计头节点
HeroNode cur = head.next;
while (cur != null) {
length++;
cur = cur.next; // 遍历
}
return length;
}
/**
* 查找单链表中的倒数第k个结点 【新浪面试题】
* 思路
* 1. 接收一个index
* 2. index 表示是倒数第index个节点
* 3.先把链表从头到尾遍历，得到链表的总的长度 getLength
* 4. 得到size 后，我们从链表的第一个开始遍历(size-index)个，就可以得到
* 5. 如果找到了，则返回该节点，否则返回null
*/
public HeroNode findLastIndexNode(int index) {
// 判断如果链表为空，返回null
if (head.next == null) {
return null;// 没有找到
}
// 第一个遍历得到链表的长度(节点个数)
int size = getLength();
// 第二次遍历 size-index 位置，就是我们倒数的第K个节点
// 先做一个index的校验
if (index <= 0 || index > size) {
return null;
}
// 定义给辅助变量， for 循环定位到倒数的index
HeroNode cur = head.next;
for (int i = 0; i < size - index; i++) {
cur = cur.next;
}
return cur;
}
/**
* 删除节点函数
* 1. 判断链表是否为空
* 2. 遍历链表，查找到no一直的节点 创建一个辅助变量cur，cur辅助节点找到待删除节点的前一个节点
* 3.删除节点操作
* 1)先找到该节点
* 2)cur.next = cur.next.next;
*
* @param no
*/
public void delete(int no) {
HeroNode cur = head;
boolean flag = false;
while (true) {
// 到达链表尾部
if (cur.next == null) {
break;
}
if (cur.next.no == no) {
flag = true;
break;
}
cur = cur.next;// 后移，遍历
}
if (flag) {
// 删除节点
cur.next = cur.next.next;
} else {
System.out.println("要删除的节点不存在！");
}
}
/** 修改节点的信息, 根据no编号来修改，即no编号不能改.
* 说明
* 1. 根据 newHeroNode 的 no 来修改即可
*/
public void update(HeroNode newHeroNode) {
// 判断是否空
if (head.next == null) {
System.out.println("链表为空~");
return;
}
// 找到需要修改的节点, 根据no编号
// 定义一个辅助变量
HeroNode temp = head.next;
boolean flag = false; // 表示是否找到该节点
while (true) {
if (temp == null) {
break; // 已经遍历完链表
}
if (temp.no == newHeroNode.no) {
// 找到
flag = true;
break;
}
temp = temp.next;
}
// 根据flag 判断是否找到要修改的节点
if (flag) {
temp.name = newHeroNode.name;
temp.nickName = newHeroNode.nickName;
} else { // 没有找到
System.out.printf("没有找到 编号 %d 的节点，不能修改\n", newHeroNode.no);
}
}
/**
* 单链表的反转
*/
public void reversetList() {
// 如果当前链表为空，或者只有一个节点，无需反转，直接返回
if (head.next == null || head.next.next == null) {
return;
}
// 定义一个辅助的指针(变量)，帮助我们遍历原来的链表
HeroNode cur = head.next;
HeroNode next = null;// 指向当前节点[cur]的下一个节点
HeroNode reverseHead = new HeroNode(0, "", "");
// 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reverseHead 的最前端
while (cur != null) {
next = cur.next;// 先暂时保存当前节点的下一个节点，因为后面需要使用
cur.next = reverseHead.next;// 将cur的下一个节点指向新的链表的最前端
reverseHead.next = cur; // 将cur 连接到新的链表上
cur = next;// 让cur后移
}
// 将head.next 指向 reverseHead.next , 实现单链表的反转
head.next = reverseHead.next;
}
/**
* 合并两个有序的单链表，合并之后的链表依然有序
* @param oldNode1
* @param oldNode2
* @return
*/
public void mergeSingleLinkedList(HeroNode oldNode1, HeroNode oldNode2) {
HeroNode temp1 = oldNode1.next;
HeroNode temp2 = oldNode2.next;
HeroNode newHead = new HeroNode(0, "", "");
if(oldNode1.next == null){
newHead.next = oldNode2.next;
}else if(oldNode2.next == null){
newHead.next = oldNode1.next;
}
HeroNode temp3 = newHead;
while(temp1 != null || temp2 != null){
//链表1为空
if(temp1 == null && temp2 != null){
temp3.next = temp2;
temp2 = temp2.next;
}else if(temp2 == null && temp1 != null){//链表2为空
temp3.next = temp1;
temp1 = temp1.next;
}else {//链表都不为空
if (temp1.no <= temp2.no) {
temp3.next = temp1;
temp1 = temp1.next;
} else {
temp3.next = temp2;
temp2 = temp2.next;
}
}
temp3 = temp3.next;
}
SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
singleLinkedList.show(newHead);
}
}main方法里面写了测试，测试的是将两个有序单链表连接起来，依然有序的结构，测试结果如下：
完善一些
package com.chtw.linkedlist;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class SingleLinkedListTest {
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");
SingleLinkedListWithHead linkedListWithHead = new SingleLinkedListWithHead();
linkedListWithHead.add(hero1);
linkedListWithHead.add(hero2);
linkedListWithHead.add(hero3);
linkedListWithHead.add(hero4);
System.out.println("==============原链表================");
List.Node> nodeList = linkedListWithHead.list();
System.out.println(nodeList);
System.out.println("==============删除一个后的链表================");
linkedListWithHead.dele(hero4);
List.Node> nodeList1 = linkedListWithHead.list();
System.out.println(nodeList1);
System.out.println("==============查找index==1================");
SingleLinkedListWithHead.Node a = linkedListWithHead.findValue(1);
System.out.println(a);
System.out.println("==============链表长度================");
int size = linkedListWithHead.getLength();
System.out.println(size);
}
}
/**
* 带有头节点的单链表
* @author CHTW
*
*/
class SingleLinkedListWithHead{
//指定头节点
private Node head;
@SuppressWarnings("hiding")
class Node {
protected E element;
protected Node next;
//构造器
public Node(E data){
this.element = data;
}
@Override
public String toString() {
return "Node [element=" + element + "]";
}
}
/**
* 构造器
*/
@SuppressWarnings("unchecked")
public SingleLinkedListWithHead(){
head = new Node<>((E)new Object());
}
/**
* 实现在链表的尾部插入数据
* @param data
*/
public void add(E data) {
//创建新节点
Node newNode = new Node<>(data);
//遍历当前链表，找到最后一个节点
Node temp = head;
while(temp.next != null){
temp = temp.next;
}
//绑定最后的一个节点的next
temp.next = newNode;
}
/**
* 删除
* @param date
* @return
*/
public boolean dele(E data) {
//head节点需要单独处理
if(head.element == data){
head = head.next;
return true;
}
//删除某一个正常节点
Node tmp = head;
while(tmp.next != null){
if(tmp.next.element == data){
tmp.next = tmp.next.next;
return true;
}
tmp = tmp.next;
}
return false;
}
/**
* 获取长度
* @return
*/
public int getLength() {
int length = 0;
Node temp = head;
while(temp.next != null) {
length ++;
temp = temp.next;
}
return length;
}
/**
* 获取index处的元素
* @param index
* @return
*/
public Node findValue(int index){
if(index < 0) {
return null;
}else {
Node temp = head;
while(index-- > 0 && temp.next != null) {
temp = temp.next;
}
if(index<=0) {
return temp;
}
return null;
}
}
/**
* 遍历链表
* @return
*/
public List> list(){
List> nodeList = new ArrayList>();
Node temp = head.next;
while(temp != null) {
nodeList.add(temp);
temp = temp.next;
}
return nodeList;
}
}
双链表
在学习双链表之前，先看看单链表的缺点。
单向链表的缺点分析:
- 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
为了能够实现双向查找的和自我删除的功能，引出了双向链表的概念。
双向链表的逻辑结构图如下所示：
接下来代码实现一波
模拟实现双链表
package com.chtw.linkedlist;
/**
* 双向链表
* 单向链表的缺点分析:
* 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
* @author CHTW
*
*/
public class DoubleLinkedListDemo {
public static void main(String[] args) {
//测试添加和显示
HeroNodeDouble hero1 = new HeroNodeDouble(1, "宋江", "及时雨");
HeroNodeDouble hero2 = new HeroNodeDouble(5, "卢俊义", "玉麒麟");
HeroNodeDouble hero3 = new HeroNodeDouble(3, "吴用", "智多星");
HeroNodeDouble hero4 = new HeroNodeDouble(8, "林冲", "豹子头");
HeroNodeDouble hero5 = new HeroNodeDouble(2, "XXX", "XXXX头");
HeroNodeDouble hero6 = new HeroNodeDouble(9 , "SSSS", "XXXSSX头");
DoubleLinkedList doubleLinkedList = new DoubleLinkedList();
/*doubleLinkedList.add(hero1);
doubleLinkedList.add(hero2);
doubleLinkedList.add(hero3);
doubleLinkedList.add(hero4);*/
doubleLinkedList.addByOrder(hero1);
doubleLinkedList.addByOrder(hero2);
doubleLinkedList.addByOrder(hero3);
doubleLinkedList.addByOrder(hero4);
doubleLinkedList.addByOrder(hero5);
System.out.println("原链表");
doubleLinkedList.list();
//doubleLinkedList.addByOrder(hero1);
System.out.println("删除后的链表");
doubleLinkedList.delete(hero4);
doubleLinkedList.list();
System.out.println("修改后的链表");
doubleLinkedList.update(hero6);
doubleLinkedList.list();
}
}
class HeroNodeDouble{
public int no;
public String name;
public String nickName;
public HeroNodeDouble next;// 指向后一个节点, 默认为null
public HeroNodeDouble pre;// 指向前一个节点, 默认为null
public HeroNodeDouble(int no, String name, String nickName) {
super();
this.no = no;
this.name = name;
this.nickName = nickName;
}
@Override
public String toString() {
return "HeroNode [no=" + no + ", name=" + name + ", nickName=" + nickName + "]";
}
}
class DoubleLinkedList {
//头节点
private HeroNodeDouble head = new HeroNodeDouble(0, "", "");
public HeroNodeDouble getHead() {
return head;
}
public void setHead(HeroNodeDouble head) {
this.head = head;
}
/**
* 删除函数
* @param hero5
*/
public void delete(HeroNodeDouble heroNode) {
//辅助变量
HeroNodeDouble temp = head.next;
if(temp == null) {
System.out.println("链表为空~~");
return;
}
boolean flag = false;
//开始遍历
while(true) {
if(temp == null) {
break;
}
if(temp.no == heroNode.no) {
flag = true;
break;
}
temp = temp.next;
}
//退出循环时，找到了要删除的节点
if(flag) {
temp.pre.next = temp.next;
// 如果是最后一个节点，就不需要执行下面这句话，否则出现空指针
if (temp.next != null) {
temp.next.pre = temp.pre;
}
}else {
System.out.println(temp+"节点不存在~");
}
}
/**
* 在双链表的最后添加节点
*/
public void add(HeroNodeDouble heroNode) {
// 因为head节点不能动，因此我们需要一个辅助遍历 temp
HeroNodeDouble temp = head;
// 遍历链表，找到最后
while(true) {
if(temp.next == null) {
break;
}
temp = temp.next;
}
// 当退出while循环时，temp就指向了链表的最后
// 形成一个双向链表
temp.next = heroNode;
heroNode.pre = temp;
}
/**
* 按照heroNode的no进行排序添加
* @param heroNode
*/
public void addByOrder(HeroNodeDouble heroNode) {
// 因为head节点不能动，因此我们需要一个辅助遍历 temp，temp表示要插入节点的前一个节点
HeroNodeDouble temp = head;
boolean flag = true;
// 遍历链表，找到最后
while (true) {
if (temp.next == null) {
break;
}
if(temp.next.no == heroNode.no) {
flag = false;
System.out.printf("节点序号 %d 已存在~~\n",temp.next.no);
break;
}
if(temp.next.no > heroNode.no && temp.no < heroNode.no) {
break;
}
temp = temp.next;
}
if(flag) {
// 形成一个双向链表
if(temp.next == null) {
temp.next = heroNode;
heroNode.pre = temp;
}else {
temp.next.pre = heroNode;
heroNode.next = temp.next;
temp.next = heroNode;
heroNode.pre = temp;
}
}
}
/**
* 遍历双向链表
*/
public void list() {
if(head.next == null) {
System.out.println("链表为空~");
return;
}
// 因为头节点，不能动，因此我们需要一个辅助变量来遍历
HeroNodeDouble temp = head.next;
//开始遍历
while(true) {
//到达链表的尾部
if(temp == null) {
break;
}
// 输出节点的信息
System.out.println(temp);
// 将temp后移， 一定小心
temp = temp.next;
}
}
public void update(HeroNodeDouble heroNode) {
// 因为头节点，不能动，因此我们需要一个辅助变量来遍历
HeroNodeDouble temp = head.next;
boolean flag = false;
// 开始遍历
while (true) {
// 到达链表的尾部
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.println("该节点不存在~");
}
}
}测试结果：
