数据结构：单链表和双向链表
1、链表
链表是有序的列表，但是它在内存中是存储如下
小结：
- 链表是以节点的方，来存储是链式存储
- 每个节点包含data域，next域：指向下一个节点
- 如图：发现链表的各个节点不一定是连续存储
- 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
2、单链表的应用
使用带head头的单向链表实现-水浒英雄排行榜管理完成对英雄人物的増删改査操作，
- 第一种方法在添加英雄时，直接添加到链表的尾部
- 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）思路的分析示意图：
- 修改节点功能
思路(1)先找到该节点，通过遍历，(2) temp.name= newheroNode name; temp. nickname= newheroNode.nickname
- 删除节点
思路分析示意图：
3、代码实现
package com.jl.linkedlist;
/**
* Create with IntelliJ IDAE
*
* @Author: JINLEI
* @Description: 单链表应用—单链表实现水浒英雄排行榜
* 1）完成对英雄人物的增删改查操作
* 2）添加英雄时，直接添加到链表尾部
* 3）添加英雄时，根据排名将英雄插入到指定的位置
* @Date: 2022/3/10
* @Time: 9:34
**/
public class SingleLinkedListDemo {
public static void main(String[] args) {
//测试
//创捷节点
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");
//创建链表
SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
//加入
// singleLinkedList.add(hero1);
// singleLinkedList.add(hero2);
// singleLinkedList.add(hero3);
// singleLinkedList.add(hero4);
//加入按照编号的顺序
singleLinkedList.addByOrder(hero1);
singleLinkedList.addByOrder(hero4);
singleLinkedList.addByOrder(hero3);
singleLinkedList.addByOrder(hero2);
//显示
singleLinkedList.list();
//测试修改节点
HeroNode newHeroBNode = new HeroNode(2, "小鹿", "玉麒麟！！！");
singleLinkedList.update(newHeroBNode);
System.out.println("修改后的情况~~");
//显示
singleLinkedList.list();
//删除一个节点
singleLinkedList.delete(1);
singleLinkedList.delete(2);
singleLinkedList.delete(4);
singleLinkedList.delete(3);
System.out.println("删除后的链表情况");
//显示
singleLinkedList.list();
}
}
//定义SingleLinkedList管理我们的英雄
class SingleLinkedList{
//先初始化一个头节点，头节点不动，不存放具体的数据
private HeroNode head = new HeroNode(0,"","");
//添加节点到单链表
//1、找到当前链表的最后一个节点
//2、将最后的一个节点的的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变量temp
HeroNode 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,将temp后移
temp = temp.next;
}
//退出while循环时temp指向了链表的最后
temp.next = heroNode;
}
//第二种方式添加英雄时，根据排名将英雄插到指定的位置
//（如果有这个排名，则添加失败，并给出提示）
public void addByOrder(HeroNode heroNode){
//头节点不能动，通过辅助变量帮助我们找到添加的位置
//因为单链表我们找到的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;//标志添加的编号是否存在，默认为false
while (true){
if (temp.next == null){//temp在链表最后
break;
}
if (temp.next.no > heroNode.no){//位置找到就在temp后面插入
break;
}else if (temp.next.no == heroNode.no){//说明希望添加的heroNode的编号存在
flag = true;//说明编号存在
break;
}
temp = temp.next;//后移
}
//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，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;
}
}
//修改节点的信息，根据no编号来修改，即no编号不能改
public void update(HeroNode newHeroNode){
//判断是否为空
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
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 {
System.out.printf("没有找到编号%d的节点,不能修改\n",newHeroNode.no);
}
}
//删除节点
//head不动 需要一个辅助节点找到待删除节点的前一个节点
//比较时，是temp.next.no和需要删除的节点的no的比较
public void delete(int no){
HeroNode temp = head;
boolean flag = false;//标志是否找到待删除的节点的位置
while (true){
if (temp.next == null){
break;
}
if (temp.next.no == no){
//找到待删除节点的前一个节点temp
flag = true;
break;
}
temp = temp.next;//temp后移，遍历
}
if (flag){
//删除
temp.next = temp.next.next;
}else {
System.out.printf("要删除的%d节点不存在",no);
}
}
//显示链表（遍历）
public void list(){
//判断链表是否为空
if (head.next == null){
System.out.println("链表为空");
}
//因为头节点不能动，需要一个辅助变量来遍历
HeroNode temp = head.next;
while (true){
//判断是否到链表最后
if (temp == null){
break;
}
//输出节点的信息
System.out.println(temp);
//将temp后移
temp = temp.next;
}
}
}
//定义一个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;//指向下一个节点
//构造器
public HeroNode(int no, String name, String nickname){
this.no = no;
this.name = name;
this.nickname = nickname;
}
//为了显示方便重写toString
@Override
public String toString() {
return "HeroNode{" +
"no=" + no +
", name='" + name + '\'' +
", nickname='" + nickname + '\'' +
'}';
}
}
4、单链表常见面试题（新浪、百度、腾讯）
- 获取单链表的节点个数
- 查找单链表的倒数第k个节点
- 单链表的反转
- 从尾到头打印单链表
package com.jl.linkedlist;
import java.util.Stack;
/**
* Create with IntelliJ IDAE
*
* @Author: JINLEI
* @Description: 常见的单链表的面试题
* @Date: 2022/3/12
* @Time: 16:10
**/
public class LinkedList {
//获取单链表的节点个数（如果是带头节点们需要不统计头节点）
public static int getLength(HeroNode head){
if (head.next == null){
return 0;
}
int length = 0;
HeroNode cur = head.next;
while (cur != null){
length++;
cur = cur.next;
}
return length;
}
//查找单链表的倒数第k个节点
public static HeroNode findLastIndexNode(HeroNode head,int index){
//判断链表为空
if (head.next == null){
return null;
}
//第一个遍历得到链表的长度（节点的个数）
int size = getLength(head);
//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;
}
//定义一个辅助变量，for循环倒数的index
HeroNode cur = head.next;
for (int i = 0; i < size - index; i++) {
cur = cur.next;
}
return cur;
}
//单链表的反转
public static void reversetList(HeroNode head){
//如果当前的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;
}
//定义一个辅助的变量 来遍历原来的链表
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;//暂时保存当前节点的下一个节点
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
cur = next;//让cur后移
}
//将head.next指向reverseHead.next
head.next = reverseHead.next;
}
//从尾到头打印单链表
//利用栈实现
public static void reversePrint(HeroNode head){
if (head.next == null){
return;//空链表不打印
}
Stack<HeroNode> stack = new Stack<HeroNode>();
HeroNode cur = head.next;
//将链表中的节点压入栈
while (cur != null){
stack.push(cur);
cur = cur.next;//cur后移压入下一个节点
}
//将栈中的节点打印 pop出栈
System.out.println(stack.pop());
}
}
5、约瑟夫问题
Joseph问题为:设编号为1,2,…n的n个人围坐一圏,约定编号为k(1<-ks=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
创建环形链表的思路图解：
小孩出圈的思路图解：
代码实现
package josephu;
/**
* Create with IntelliJ IDAE
*
* @Author: JINLEI
* @Description: 约瑟夫问题
* @Date: 2022/3/16
* @Time: 13:46
**/
public class JosepHu {
public static void main(String[] args) {
//测试
CircleSingleLinkedList circleSingleLinkedList = new CircleSingleLinkedList();
//加入5个小孩
circleSingleLinkedList.addBoy(5);
circleSingleLinkedList.showBoy();
//测试小孩出圈
circleSingleLinkedList.countBoy(1,2,5);
}
}
//创建一个环形的单向链表
class CircleSingleLinkedList{
//创建一个first节点
private Boy first = null;
//添加小孩节点，构建环形链表
public void addBoy(int nums){
//nums做数据校验
if (nums < 1){
System.out.println("nums的值不正确");
return;
}
Boy curBoy = null;//辅助指针，帮助构建环形链表
//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);
//如果是第一个
if (i == 1){
first = boy;
first.setNext(first);//构成环
curBoy = first;
}else {
curBoy.setNext(boy);
boy.setNext(first);
curBoy = boy;
}
}
}
//遍历当前的环形链表
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不能动需要一个辅助指针完成遍历
Boy curBoy = first;
while (true){
System.out.printf("小孩的编号%d \n",curBoy.getNo());
if (curBoy.getNext() == first){//说明已经遍历完毕
break;
}
curBoy = curBoy.getNext();//curBoy后移
}
}
/**
* 根据用户的输入，计算出小孩出圈的顺序
* @param startNo 表示从第几个小孩开始数数
* @param countNum 表示数几下
* @param nums 表示最初有多少小孩在圈中
*/
public void countBoy(int startNo,int countNum,int nums){
//先对数据校验
if (first == null || startNo < 1 || startNo > nums){
System.out.println("参数输入有误，请重新输入");
return;
}
//创建一个辅助指针，帮助小孩出圈
Boy helper = first;
//需要创建一个辅助变量helper指向环形链表的最后一个节点
while (true){
if (helper.getNext() == first){//说明helper指向了最后的小孩节点
break;
}
helper = helper.getNext();
}
//小孩报数前，先让first和helper移动k-1次
for (int i = 0; i < startNo - 1; i++) {
first = first.getNext();
helper = helper.getNext();
}
//当小孩报数时，让first和helper指针同时移动m-1次然后出圈
//循环操作，直到圈中只有一个节点
while (true){
if (helper == first){
break;
}
//让first和helper指针同时移动countNum-1
for (int i = 0; i < countNum - 1; i++) {
first = first.getNext();
helper = helper.getNext();
}
//此时first指向的节点就是要出圈的节点
System.out.printf("小孩%d出圈\n",first.getNo());
//first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());
}
}
//创建一个boy类，表示一个节点
class Boy{
private int no;//编号
private Boy next;//指向下一个节点默认为null
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;
}
}
6、双向链表应用
双向链表的操作分析
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，査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(认真体会)
- 分析了双向链表如何完成遍历，添加，修改和删除的思路
代码实现
package com.jl.linkedlist;
/**
* Create with IntelliJ IDAE
*
* @Author: JINLEI
* @Description: 双向链表的应用
* @Date: 2022/3/13
* @Time: 20:04
**/
public class DoubleLinkedListDemo {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("双向链表的测试");
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);
doubleLinkedList.list();
HeroNode2 newHeroNode = new HeroNode2(4,"公孙胜","入云龙");
doubleLinkedList.update(newHeroNode);
System.out.println("修改后的链表情况");
doubleLinkedList.list();
//删除
doubleLinkedList.delete(3);
System.out.println("删除后的链表情况");
doubleLinkedList.list();
}
}
//创建一个双向链表的类
class DoubleLinkedList{
//先初始化一个头节点，头节点不动，不存放具体的数据
private HeroNode2 head = new HeroNode2(0,"","");
//返回头节点
public HeroNode2 getHead(){
return head;
}
//遍历双向链表的方法
//显示链表（遍历）
public void list(){
//判断链表是否为空
if (head.next == null){
System.out.println("链表为空");
}
//因为头节点不能动，需要一个辅助变量来遍历
HeroNode2 temp = head.next;
while (true){
//判断是否到链表最后
if (temp == null){
break;
}
//输出节点的信息
System.out.println(temp);
//将temp后移
temp = temp.next;
}
}
//添加一个节点到双向链表的最后
public void add(HeroNode2 heroNode){
//因为head节点不能动， 因此我们需要一个辅助变量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,将temp后移
temp = temp.next;
}
//退出while循环时temp指向了链表的最后
//形成一个双向链表
temp.next = heroNode;
heroNode.pre = temp;
}
//修改双向链表的一个节点
public void update(HeroNode2 newHeroNode){
//判断是否为空
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;//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 {
System.out.printf("没有找到编号%d的节点,不能修改\n",newHeroNode.no);
}
}
//删除双向链表的节点
//直接找到要删除的节点，找到后自我删除
public void delete(int no){
if (head.next == null){
System.out.println("链表为空无法删除");
}
HeroNode2 temp = head.next;
boolean flag = false;//标志是否找到待删除的节点的位置
while (true){
if (temp == null){//找到链表的最后
break;
}
if (temp.no == no){
//找到待删除节点的前一个节点temp
flag = true;
break;
}
temp = temp.next;//temp后移，遍历
}
if (flag){//找到
//删除
temp.pre.next = temp.next;
if (temp.next !=null){
temp.next.pre = temp.pre;
}
}else {
System.out.printf("要删除的%d节点不存在",no);
}
}
}
//定义一个HeroNode2 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;//指向下一个节点默认为null
public HeroNode2 pre;//指向前一个节点默认为null
//构造器
public HeroNode2(int no, String name, String nickname){
this.no = no;
this.name = name;
this.nickname = nickname;
}
//为了显示方便重写toString
@Override
public String toString() {
return "HeroNode{" +
"no=" + no +
", name='" + name + '\'' +
", nickname='" + nickname + '\'' +
'}';
}
}