双向链表应用实例
使用带head头的双向链表实现 –水浒英雄排行榜
管理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.
示意图帮助理解删除双向链表的第二种添加方式,按照编号顺序 [示意图]
按照单链表的顺序添加，稍作修改即可.
![数据结构 [Java版本] 链表之双链表和单向环形链表_第1张图片](http://img.e-com-net.com/image/info10/2efb7284bb5b4c11a4f62ee7987db8fe.jpg)
示意图
分析 双向链表的遍历，添加，修改，删除的操作思路 ==>> 代码实现
- 遍历 方和 单链表一样，只是可以向前，也可以向后查找
- 添加 (默认添加到双向链表的最后)
(1) 先找到双向链表的最后这个节点
(2) temp.next = newHeroNode
(3) newHeroNode.pre = temp; - 修改 思路和 原来的单向链表一样.
- 删除
(1) 因为是双向链表，因此，我们可以实现自我删除某个节点
(2) 直接找到要删除的这个节点，比如temp
(3) temp.pre.next = temp.next
(4) temp.next.pre = temp.pre;
代码实现
package cn.icanci.datastructure.linkedlist;
/**
* @Author: icanci
* @ProjectName: AlgorithmAndDataStructure
* @PackageName: cn.icanci.datastructure.linkedlist
* @Date: Created in 2020/3/1 20:08
* @ClassAction: 双向链表
*/
public class DoubleLinkedListDemo {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("双向链表的测试");
//先创建节点
HeroNode2 hero1 = new HeroNode2(1, "德玛西亚", "大保健");
HeroNode2 hero5 = new HeroNode2(5, "QQ", "qq");
HeroNode2 hero2 = new HeroNode2(2, "德玛西亚皇子", "皇子");
HeroNode2 hero3 = new HeroNode2(3, "无极剑圣", "剑圣");
HeroNode2 hero4 = new HeroNode2(4, "蒸汽机器人", "机器人");
//创建双向链表对象
DoubleLinkedList doubleLinkedList = new DoubleLinkedList();
doubleLinkedList.add(hero1);
doubleLinkedList.add(hero2);
doubleLinkedList.add(hero3);
doubleLinkedList.add(hero4);
doubleLinkedList.add(hero5);
//打印
doubleLinkedList.list();
System.out.println("========================================");
//修改
HeroNode2 newHeroNode = new HeroNode2(4, "安其拉", "啊");
doubleLinkedList.update(newHeroNode);
doubleLinkedList.list();
System.out.println("========================================");
//删除
doubleLinkedList.delete(2);
doubleLinkedList.list();
}
}
//创建一个双向链表的类
class DoubleLinkedList{
//初始化 一个头节点
private HeroNode2 head = new HeroNode2(0,"","");
//返回头节点
public HeroNode2 getHead(){
return head;
}
//遍历双向链表
public void list(){
//先判断链表是否为空
if (head.next == null) {
System.out.println("链表为空");
return;
}
//因为头节点不能动 因此需要一个辅助变量
HeroNode2 temp = head.next;
while (true) {
//判断链表是否到最后
if (temp == null) {
break;
}
//输出节点的信息
System.out.println(temp);
//将 temp 后移
temp = temp.next;
}
}
public void add(HeroNode2 heroNode) {
//因为head节点不能动,因此我们需要一个辅助遍历 temp
HeroNode2 temp = head;
//遍历链表,找到最后
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循环的时候,temp就指向链表的最后
//将最后这个节点的next指向新的节点
//添加到最后一个节点
temp.next = heroNode;
heroNode.pre = temp;
}
//修改双向链表的数据
public void update(HeroNode2 heroNode) {
//判断链表是否为空
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
HeroNode2 temp = head.next;
boolean flag = false;
while (true) {
if (temp == null) {
//已经遍历完毕
break;
}
if (temp.no == heroNode.no) {
//找到
flag = true;
break;
}
temp = temp.next;
}
//根据flag判断
if (flag) {
temp.name = heroNode.name;
temp.nickName = heroNode.nickName;
} else {
System.out.println("没有找到编号为:" + heroNode.no + " 的信息");
}
}
//删除一个节点
//对于双向链表 可以直接找到此节点
public void delete(int no) {
//判断当前链表是否空
if (head.next == null){
System.out.println("链表为空,无法删除");
return ;
}
HeroNode2 temp = head.next;
boolean flag = false;
while (true) {
if (temp == null) {
//已经打到结点的最后
break;
}
if (temp.next.no == no) {
//找到的待删除节点的前一个节点temp
flag = true;
break;
}
temp = temp.next;
}
//判断 flag
if (flag) {
//找到
temp.pre.next = temp.next;
//如果是最后一个节点 下面的这句话就不用执行了
if (temp.next!=null){
temp.next.pre = temp.pre;
}
} else {
System.out.println("需要删除的节点:" + no + " 不存在");
}
}
}
class HeroNode2 {
public int no;
public String name;
public String nickName;
//指向下一个节点
public HeroNode2 next;
//指向前一个节点
public HeroNode2 pre;
//构造器
public HeroNode2(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 + '\'' +
'}';
}
}
按照序号添加
public void addByOrder(HeroNode2 heroNode) {
//因为头节点不能动 所以需要一个辅助指针
//因为是单链表 因此需要找的temp.是位于添加位置前面的一个节点 否则插入不了
HeroNode2 temp = head;
//flag标识添加的编号是否存在 默认为 false
boolean flag = false;
while (true) {
//说明已经再链表最后了
if (temp.next == null) {
break;
}
//位置找到再 temp 的后面插入
if (temp.next.no > heroNode.no) {
break;
} else if (temp.next.no == heroNode.no) {
//说明编号已经存在
flag = true;
break;
}
//后移
temp = temp.next;
}
//判断 flag 的值
if (flag == true) {
//不能添加 说明编号存在
System.out.println("准备插入的编号:" + heroNode.no + "已经被占用");
} else {
//插入到链表中
temp.next = heroNode;
heroNode.pre = temp;
}
}
单向环形链表
单向环形链表应用场景
![数据结构 [Java版本] 链表之双链表和单向环形链表_第2张图片](http://img.e-com-net.com/image/info10/83b34c24ee994542b19f46d4dd1c4653.jpg)
丢手帕问题
Josephu(约瑟夫、约瑟夫环) 问题
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。
![数据结构 [Java版本] 链表之双链表和单向环形链表_第3张图片](http://img.e-com-net.com/image/info10/36928973a76c4cc1a57b6bc28290de8e.jpg)
单项环链表
约瑟夫问题的示意图
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。
n = 5 , 即有5个人
k = 1, 从第一个人开始报数
m = 2, 数2下
![数据结构 [Java版本] 链表之双链表和单向环形链表_第4张图片](http://img.e-com-net.com/image/info10/2c0f7340956649189a2892d211b89f42.jpg)
示意图
约瑟夫问题的代码实现
构建一个单向的环形链表思路
- 先创建第一个节点, 让 first 指向该节点，并形成环形
- 后面当我们每创建一个新的节点，就把该节点，加入到已有的环形链表中即可.
遍历环形链表
- 先让一个辅助指针(变量) curBoy，指向first节点
- 然后通过一个while循环遍历 该环形链表即可 curBoy.next == first 结束
代码实现
package cn.icanci.datastructure.linkedlist;
import javax.xml.transform.Source;
/**
* @Author: icanci
* @ProjectName: AlgorithmAndDataStructure
* @PackageName: cn.icanci.datastructure.linkedlist
* @Date: Created in 2020/3/1 21:27
* @ClassAction: Josephu 问题
*/
public class JosephuLinkedList {
public static void main(String[] args) {
CircleSingleLinkedList circleSingleLinkedList = new CircleSingleLinkedList();
circleSingleLinkedList.addBoy(5);
circleSingleLinkedList.showBoy();
}
}
//创建一个环形的单项链表
class CircleSingleLinkedList{
//创建一个first节点
private Boy first = new Boy(-1);
//添加小孩子节点
public void addBoy(int nums){
//nums 进行数据校验
if (nums<-1){
System.out.println("输入的数据不正确");
}
//辅助指针
Boy curBoy = null;
//使用for循环创建环形链表
for (int i = 1; i <= nums ; i++) {
//根据编号创建小孩节点
Boy boy = new Boy(i);
//如果式第一个小孩
if (i == 1){
first = boy;
//构成环
first.setNext(boy);
//让 curBoy 指向第一个小孩
curBoy = first;
}else {
curBoy.setNext(boy);
boy.setNext(first);
curBoy = boy;
}
}
}
//遍历所有的数据
public void showBoy(){
//判断链表是否为空
if (first == null){
System.out.println("链表为空");
return ;
}
//因为first不能动 所以需要一个辅助值
Boy curBoy = first;
while (true){
System.out.println("当前的小孩子编号为:"+curBoy.getNo());
if (curBoy.getNext() == first){
break;
}
//后移
curBoy = curBoy.getNext();
}
}
}
//创建一个Boy 表示一个节点
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;
}
}
约瑟夫出队列的分析
根据用户的输入，生成一个小孩出圈的顺序
n = 5 , 即有5个人
k = 1, 从第一个人开始报数
m = 2, 数2下
- 需求创建一个辅助指针(变量) helper , 事先应该指向环形链表的最后这个节点.
补充： 小孩报数前，先让 first 和 helper 移动 k - 1次- 当小孩报数时，让first 和 helper 指针同时 的移动 m - 1 次
- 这时就可以将first 指向的小孩节点 出圈
first = first .next
helper.next = first
原来first 指向的节点就没有任何引用，就会被回收出圈的顺序
2->4->1->5->3![数据结构 [Java版本] 链表之双链表和单向环形链表_第5张图片](http://img.e-com-net.com/image/info10/ea2c0cde62e24eeeb0e8c334497b0fa7.jpg)
约瑟夫问题出队列分析
代码实现
package cn.icanci.datastructure.linkedlist;
import com.sun.org.apache.xpath.internal.SourceTree;
import javax.xml.transform.Source;
import java.nio.file.FileStore;
/**
* @Author: icanci
* @ProjectName: AlgorithmAndDataStructure
* @PackageName: cn.icanci.datastructure.linkedlist
* @Date: Created in 2020/3/1 21:27
* @ClassAction: Josephu 问题
*/
public class JosephuLinkedList {
public static void main(String[] args) {
CircleSingleLinkedList circleSingleLinkedList = new CircleSingleLinkedList();
circleSingleLinkedList.addBoy(5);
circleSingleLinkedList.showBoy();
System.out.println("=========================================");
circleSingleLinkedList.countBoy(2,3,5);
}
}
//创建一个环形的单项链表
class CircleSingleLinkedList {
//创建一个first节点
private Boy first = new Boy(-1);
//添加小孩子节点
public void addBoy(int nums) {
//nums 进行数据校验
if (nums < -1) {
System.out.println("输入的数据不正确");
}
//辅助指针
Boy curBoy = null;
//使用for循环创建环形链表
for (int i = 1; i <= nums; i++) {
//根据编号创建小孩节点
Boy boy = new Boy(i);
//如果式第一个小孩
if (i == 1) {
first = boy;
//构成环
first.setNext(boy);
//让 curBoy 指向第一个小孩
curBoy = first;
} else {
curBoy.setNext(boy);
boy.setNext(first);
curBoy = boy;
}
}
}
//遍历所有的数据
public void showBoy() {
//判断链表是否为空
if (first == null) {
System.out.println("链表为空");
return;
}
//因为first不能动 所以需要一个辅助值
Boy curBoy = first;
while (true) {
System.out.println("当前的小孩子编号为:" + curBoy.getNo());
if (curBoy.getNext() == first) {
break;
}
//后移
curBoy = curBoy.getNext();
}
}
//根据用户的输入 计算输出的顺序
/**
* @param startNo 表示从第几个小孩开始数
* @param countNum 表示数几下
* @param nums 表示最初由多少小孩在圈中
*/
public void countBoy(int startNo, int countNum, int nums) {
//先对数据进行校验
if (first == null || startNo < 1 || startNo > nums) {
System.out.println("参数输入有问题");
}
//创建需要给辅助指针.事先指向环形链表的最后一个节点
Boy helper = first;
while (true) {
if (helper.getNext() == first) {
//说明helper指向了最后一个节点
break;
}
helper = helper.getNext();
}
for (int j = 0; j < startNo - 1; j++) {
first = first.getNext();
helper = helper.getNext();
}
//当小孩报数的时候 让 first 和 helper 指针同时移动 m - 1 次 然后出圈
//这是一个循环操作 直到圈中只有一个节点
while (true) {
if (helper == first) {
//圈中只有一个
break;
}
//让first和helper指针同时移动countNum - 1
for (int j = 0; j < countNum - 1; j++) {
first = first.getNext();
helper = helper.getNext();
}
//这时候first指向的节点就是要出圈的节点
System.out.println(first.getNo() + "号小孩出圈");
//这个时候需要使得小孩节点出圈
first = first.getNext();
helper.setNext(first);
}
System.out.println("最后在圈中的小孩编号:" + first.getNo());
}
}
//创建一个Boy 表示一个节点
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;
}
}