java数据结构与算法——链表
链表
1)链表是以节点的方式来存储,是链式存储
2)每个节点包含 data 域， next 域：指向下一个节点.
3)如图：发现链表的各个节点不一定是连续存储.
4)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(带头结点) 逻辑结构示意图如下
注意：虽然逻辑结构看起来是有顺序的，但是物理结构不一定是连续存储的！
单向链表
单向链表应用实例
图解思路
- 单链表创建和添加
- 按照编号顺序添加
- 删除节点
- 单链表反转
- 逆序打印单链表
代码实现
public class SingleLinkedListDemo {
public static void main(String[] args) {
//进行测试
//先创建节点
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");
SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
// singleLinkedList.add(hero1);
// singleLinkedList.add(hero2);
// singleLinkedList.add(hero3);
// singleLinkedList.add(hero4);
// singleLinkedList.list();
//加入按照编号的顺序
singleLinkedList.addByOrder(hero1);
singleLinkedList.addByOrder(hero3);
singleLinkedList.addByOrder(hero2);
singleLinkedList.addByOrder(hero4);
//singleLinkedList.addByOrder(hero4);
//显示一把
System.out.println("修改前的链表");
singleLinkedList.list();
//测试修改节点
HeroNode newHeroNode = new HeroNode(3, "老吴", "智勇双全");
singleLinkedList.update(newHeroNode);
System.out.println("修改后的链表");
singleLinkedList.list();
//测试删除节点
singleLinkedList.delete(1);
//singleLinkedList.delete(2);
//singleLinkedList.delete(3);
//singleLinkedList.delete(4);
//singleLinkedList.delete(4);
System.out.println("删除节点后的链表");
singleLinkedList.list();
//测试查找倒数第几个节点
System.out.println("查找倒数第二个节点");
HeroNode lastIndexNode = findLastIndexNode(singleLinkedList.getHead(), 2);
System.out.println(lastIndexNode);
//测试单链表反转
System.out.println("反转后的单链表");
reversetList(singleLinkedList.getHead());
singleLinkedList.list();
//测试逆序打印单链表
System.out.println("逆序打印后的单链表");
reversetPring(singleLinkedList.getHead());
}
//逆序打印单链表
//可以利用栈这个数据结构，将各个节点压入到栈中，然后利用栈的先进后出的特点，就实现了逆序打印的效果
public static void reversetPring(HeroNode head){
if (head.next == null){
return;
}
HeroNode cur = head.next;
Stack<HeroNode> stack = new Stack<>();
while (cur != null){
stack.push(cur);
cur = cur.next;//cur后移，这样就可以压入下一个节点
}
while (stack.size() > 0){
System.out.println(stack.pop());//stack的特点是先进后出
}
}
//将单链表反转
public static void reversetList(HeroNode head) {
//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;
HeroNode reverseHead = new HeroNode(0, "", "");
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;//将当前cur赋值给reverseHead.next，而cur的下一个节点已经指向reverseHead.next，所以在下一次赋值就可以实现前面两个的反转了
cur = next;
}
//将head.next 指向 reverseHead.next , 实现单链表的反转
head.next = reverseHead.next;
}
//查找单链表中的倒数第k个结点 【新浪面试题】
//思路
//1. 编写一个方法，接收head节点，同时接收一个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 static HeroNode findLastIndexNode(HeroNode head,int index){
if (head.next == null){
return null;
}
int size = getLength(head);//获取有效节点个数
HeroNode cur = head.next;
if (index <=0 || index>size){
return null;
}
for (int i = 0; i < size - index; i++) {
cur = cur.next;
}
return cur;
}
/**
*
* @param head 链表的头节点
* @return 返回的就是有效节点的个数
*/
//方法：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)
public static int getLength(HeroNode head){
if (head.next == null){
return 0;
}
HeroNode cur = head.next;
int length = 0;
while (cur != null){
length++;
cur = cur.next;
}
return length;
}
}
//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;
}
//添加节点到单向链表
//思路，当不考虑编号顺序时
//1. 找到当前链表的最后节点
//2. 将最后这个节点的next 指向 新的节点
public void add(HeroNode heroNode){
//因为head节点不能动，因此我们需要一个辅助遍历 temp
HeroNode temp = head;
while (true){
if (temp.next == null){
break;
}
//如果没有找到最后, 将将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;
}
//第二种方式在添加英雄时，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 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，默认为不存在
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;
break;
}
temp = temp.next; //后移，遍历当前链表,直到找到位置
}
if (flag){
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 {
heroNode.next = temp.next;
temp.next = heroNode;
}
}
//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){
//判断是否为空
if (head.next == null){
System.out.println("链表为空，没得修改");
return;
}
//找到需要修改的节点, 根据no编号
HeroNode temp = head.next;
boolean flag = false;
while (true){
if (temp == null){//说明已经遍历完成
break;
}
if (temp.no == newHeroNode.no){//说明找到啦
flag = true;
break;
}
temp = temp.next;
}
if (flag){
temp.name = newHeroNode.name;
temp.nickName = newHeroNode.nickName;
}else {
System.out.printf("没有找到 编号 %d 的节点，不能修改\n", newHeroNode.no);
}
}
//删除节点
//思路
//1. head 不能动，因此我们需要一个temp辅助节点找到待删除节点的前一个节点
//2. 说明我们在比较时，是temp.next.no 和 需要删除的节点的no比较
public void delete(int no){
//判断是否为空
if (head.next == null){
System.out.println("链表为空，没得删除");
return;
}
HeroNode temp = head;
boolean flag = false;
while (true){
if (temp == null){//说明已经遍历完成
break;
}
if (temp.next.no == no){//说明找到要删除的节点的前一个节点，即temp
flag = true;
break;
}
temp = temp.next;
}
if (flag){
temp.next = temp.next.next;
}else {
System.out.printf("要删除的 %d 节点不存在\n", no);
}
}
//显示链表[遍历]
public void list(){
if (head.next == null){
System.out.println("链表为空！");
return;
}
HeroNode temp = head.next;
while (true){
if (temp == null){
break;
}
System.out.println(temp);
temp = temp.next;
}
}
}
//定义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;
public HeroNode(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 + '\'' +
'}';
}
}
双向链表应用实例
1)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。
2)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。
图解思路
代码实现
public class DoubleLinkedListDemo {
public static void main(String[] args) {
//先创建节点
HeroNode2 hero1 = new HeroNode2(1, "宋江", "及时雨");
HeroNode2 hero2 = new HeroNode2(2, "卢俊义", "玉麒麟");
HeroNode2 hero3 = new HeroNode2(3, "吴用", "智多星");
HeroNode2 hero4 = new HeroNode2(4, "林冲", "豹子头");
DoubleLinkedList doubleLinkedList = new DoubleLinkedList();
doubleLinkedList.add(hero1);
doubleLinkedList.add(hero2);
doubleLinkedList.add(hero3);
doubleLinkedList.add(hero4);
System.out.println("修改前的链表");
doubleLinkedList.list();
System.out.println("修改后的链表");
doubleLinkedList.update(new HeroNode2(3, "老吴", "智勇双全"));
doubleLinkedList.update(new HeroNode2(5, "", ""));
doubleLinkedList.list();
System.out.println("删除后的链表");
doubleLinkedList.delete(4);
doubleLinkedList.delete(2);
doubleLinkedList.delete(1);
doubleLinkedList.delete(3);
doubleLinkedList.delete(5);
doubleLinkedList.list();
System.out.println("按编号添加后的链表");
doubleLinkedList.addByOrder(new HeroNode2(2,"卢俊义", "玉麒麟"));
doubleLinkedList.addByOrder(new HeroNode2(1, "宋江", "及时雨"));
doubleLinkedList.list();
}
}
//定义DoubleLinkedList 管理我们的英雄
class DoubleLinkedList {
//先初始化一个头节点, 头节点不要动, 不存放具体的数据
private HeroNode2 head = new HeroNode2(0, "", "");
//返回头节点
public HeroNode2 getHead() {
return head;
}
//添加节点到双向链表,默认添加到最后
public void add(HeroNode2 heroNode2) {
HeroNode2 temp = head;
while (true) {
// 找到链表的最后
if (temp.next == null) {
break;
}
temp = temp.next;
}
//退出while循环，temp指向最后一个节点
// 形成一个双向链表
temp.next = heroNode2;
heroNode2.pre = temp;
}
//第二种方式在添加英雄时，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 addByOrder(HeroNode2 heroNode) {
HeroNode2 temp = head;
boolean flag = 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) {
flag = true;
break;
}
temp = temp.next;
}
if (flag){
System.out.println("该节点已经存在，不能插入！");
}else {
heroNode.next = temp.next;
temp.next = heroNode;
temp.next.pre = heroNode;
heroNode.pre = temp;
}
}
//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(HeroNode2 newHeroNode) {
if (head.next == null) {
System.out.println("双向链表为空~~");
return;
}
HeroNode2 temp = head.next;
boolean flag = false;// 表示是否找到该节点
while (true) {
if (temp == null) {//说明已经遍历完成了
break;
}
if (temp.no == newHeroNode.no) {
flag = true;// 找到
break;
}
temp = temp.next;
}
if (flag) {
temp.name = newHeroNode.name;
temp.nickName = newHeroNode.nickName;
} else {
System.out.println("双向链表没有该节点，无中生有~~");
}
}
//删除节点
// 1 对于双向链表，我们可以直接找到要删除的这个节点
// 2 找到后，自我删除即可
public void delete(int no) {
if (head.next == null) {
System.out.println("双向链表为空~~,没得删除");
return;
}
HeroNode2 temp = head.next;
boolean flag = false;//标志是否找到待删除节点的
while (true) {
if (temp == null) {//已经遍历完成
break;
}
if (temp.no == no) {
flag = true;
break;
}
temp = temp.next;
}
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("双向链表没有该节点，无中生有~~");
}
}
//显示链表[遍历]
public void list() {
if (head.next == null) {
System.out.println("双向链表为空~~");
return;
}
HeroNode2 temp = head.next;
while (true) {
if (temp == null) {//判断到链表最后
break;
}
System.out.println(temp);
temp = temp.next;
}
}
}
//定义HeroNode ， 每个HeroNode 对象就是一个节点
class HeroNode2 {
public int no;
public String name;
public String nickName;
public HeroNode2 next;
public HeroNode2 pre;
public HeroNode2(int no, String name, String nickName) {
this.no = no;
this.name = name;
this.nickName = nickName;
}
@Override
public String toString() {
return "HeroNode2{" +
"no=" + no +
", name='" + name + '\'' +
", nickName='" + nickName + '\'' +
'}';
}
}
单向环形链表应用实例
约瑟夫问题的提出
Josephu 问题为：设编号为1，2，… n的n个人围坐一圈，约定编号为k（1<=k<=n）的人从1开始报数，数到m 的那个人出列，它的下一位又从1开始报数，数到m的那个人又出列，依次类推，直到所有人出列为止，由此产生一个出队编号的序列。
提示：用一个不带头结点的循环链表来处理Josephu 问题：先构成一个有n个结点的单循环链表，然后由k结点起从1开始计数，计到m时，对应结点从链表中删除，然后再从被删除结点的下一个结点又从1开始计数，直到最后一个结点从链表中删除算法结束。
图解思路
代码实现
public class Josepfu {
public static void main(String[] args) {
CircleSingleLinkedList circleSingleLinkedList = new CircleSingleLinkedList();
circleSingleLinkedList.addBoy(5);
circleSingleLinkedList.showBoy();
circleSingleLinkedList.countBoy(1,2,5);
}
}
class CircleSingleLinkedList{
private Boy first = null;
public Boy getFirst() {
return first;
}
public void addBoy(int num){
if (num < 1){
System.out.println("num的值不正确！");
}
Boy curBoy = null;
for (int i = 1; i <= num; i++) {
Boy boy = new Boy(i);
if (boy.getNo() == 1){
first = boy;
first.setNext(first);//构成环形
curBoy = first;
}else {
curBoy.setNext(boy);
boy.setNext(first);
curBoy = curBoy.getNext();
}
}
}
public void showBoy(){
if (first == null){
System.out.println("没有任何小孩！");
return;
}
Boy curBoy = first;
while (true){
System.out.printf("小孩的编号:%d \n",curBoy.getNo());
if (curBoy.getNext() == first){
break;
}
curBoy = curBoy.getNext();
}
}
public void countBoy(int startNo,int countNum,int nums){
if (first == null || startNo < 1 || startNo > nums){
System.out.println("对不起！您输入的参数有误");
}
Boy helper = first;
while (true){
if (helper.getNext() == first){//说明已经到最后一个节点
break;
}
helper = helper.getNext();
}
//先让helper和first移动startNo-1 次
for (int i = 0; i < startNo - 1; i++) {
first = first.getNext();
helper = helper.getNext();
}
while (true){
if (first == helper){//说明只剩最后一个节点
break;
}
//当小孩报数时，让first 和 helper 指针同时 的移动 countNum-1 次
for (int i = 0; i < countNum - 1; i++) {
first = first.getNext();
helper = helper.getNext();
}
//此时first就是要出圈的
System.out.printf("小孩 %d出圈 \n",first.getNo());
//这时将first指向的小孩节点出圈
first = first.getNext();
helper.setNext(first);
}
System.out.printf("最后留在圈中的小孩编号%d \n", first.getNo());
}
}
class Boy{
private int no;
private Boy next;
public Boy(int no) {
this.no = no;
}
public int getNo() {
return no;
}
public void setNo(int no) {
this.no = no;
}
public Boy getNext() {
return next;
}
public void setNext(Boy next) {
this.next = next;
}
@Override
public String toString() {
return "Boy{" +
"no=" + no +
'}';
}
}