java链表实现_数据结构——基于java的链表实现(真正理解链表这种数据结构)...

一、链表介绍

1、什么是链表?

链表是一种物理存储结构上非连续、非顺序的存储结构,数据元素的逻辑顺序是通过链表中的指针链接次序实现的。如下图所示,在数据结构中,a1里面的指针存储着a2的地址,这样一个链接一个,就形成了链表。

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相邻元素之间通过指针链接

最后一个元素的后继指针为NULL

在程序执行过程中,链表的长度可以增加或缩小

链表的空间能够按需分配

没有内存空间的浪费

2、链表的优缺点?

优点:

插入和删除时不需移动其他元素, 只需改变指针,效率高。

链表各个节点在内存中空间不要求连续,空间利用率高。

大小没有固定,拓展很灵活。

缺点:

查找数据时效率低,因为不具有随机访问性。

3、链表的种类?

有单链表、双向链表、循环单链表、循环双链表等等。

二、单链的实现和相关操作

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1、链表类的创建(以下均已单链表为基准)

public class SingleLinkedList {

//head为头节点,他不存放任何的数据,只是充当一个指向链表中真正存放数据的第一个节点的作用

public Node head = new Node();

//内部类,定义node节点,使用内部类的最大好处是可以和外部类进行私有操作的互相访问

class Node{

public int val; //int类型会导致head节点的val为0,不影响我们学习

public Node next;

public Node(){}

public Node(int val){

this.val = val;

}

}

//下面就可以自定义各种链表操作。。。

}

2、链表添加结点

//找到链表的末尾结点,把新添加的数据作为末尾结点的后续结点

public void add(int data){

if (head.next == null){

head.next = new Node(data);

return;

}

Node temp = head;

while (temp.next != null){

temp = temp.next;

}

temp.next = new Node(data);

}

3、链表删除节点

//把要删除结点的前结点指向要删除结点的后结点,即直接跳过待删除结点

public boolean deleteNode(int index){

if (index < 0 || index > length() ){

return false;

}

if (index == 1){ //删除头结点

head = head.next;

return true;

}

Node preNode = head;

Node curNode = preNode.next;

int i = 2;

while (curNode!=null){

if (index == i){

preNode.next = curNode.next; //指向删除节点的后一个节点

break;

}

preNode = curNode;

curNode = preNode.next;

i++;

}

return true;

}

4、链表长度、节点获取以及链表遍历

//获取链表长度

public int length(){

int length = 0;

Node temp = head;

while (temp.next!=null){

length++;

temp = temp.next;

}

return length;

}

//获取最后一个节点

public Node getLastNode(){

Node temp = head;

while (temp.next != null){

temp = temp.next;

}

return temp;

}

//获取第index节点

public Node getNodeByIndex(int index){

if(index<1 || index>length()){

return null;

}

Node temp = head;

int i = 1;

while (temp.next != null){

temp = temp.next;

if (index==i){

break;

}

i++;

}

return temp;

}

//打印节点

public void printLink(){

Node curNode = head;

while(curNode !=null){

System.out.print(curNode.val+" ");

curNode = curNode.next;

}

}

5、查找单链表中的倒数第n个结点

//两个指针,第一个指针向前移动k-1次,之后两个指针共同前进,当前面的指针到达末尾时,后面的指针所在的位置就是倒数第k个位置

public Node findReverNode(int index){

if(index<1 || index>length()){

return null;

}

Node first = head;

Node second = head;

for (int i = 0; i < index - 1; i++) {

second = second.next;

}

while (second.next != null){

first = first.next;

second = second.next;

}

return first;

}

6、查找单链表中的中间结点

//也是设置两个指针first和second,只不过这里是,两个指针同时向前走,second指针每次走两步,

//first指针每次走一步,直到second指针走到最后一个结点时,此时first指针所指的结点就是中间结点。

public Node findMiddleNode(){

Node slowPoint = head;

Node quickPoint = head;

//链表结点个数为奇数时,返回的是中间结点;链表结点个数为偶数时,返回的是中间两个结点中的前个

while(quickPoint != null && quickPoint.next != null){

slowPoint = slowPoint.next;

quickPoint = quickPoint.next.next;

}

return slowPoint;

}

7、从尾到头打印单链表

//方法一:先反转链表,再输出链表,需要链表遍历两次(不建议这么做,改变了链表的结构)

。。。

//方法二、通过递归来实现(链表很长的时候,就会导致方法调用的层级很深,有可能造成StackOverflowError)

public void reservePrt(Node node){

if(node != null){

reservePrt(node.next);

System.out.print(node.val+" ");

}

}

//方法三、把链表中的元素放入栈中再输出,需要维护额外的栈空间

public void reservePrt2(Node node){

if(node != null){

Stack stack = new Stack(); //新建一个栈

Node current = head;

//将链表的所有结点压栈

while (current != null) {

stack.push(current); //将当前结点压栈

current = current.next;

}

//将栈中的结点打印输出即可

while (stack.size() > 0) {

System.out.print(stack.pop().val+" "); //出栈操作

}

}

}

8、单链表的反转(1->2->3->4变为4->3->2->1)

//从头到尾遍历原链表,每遍历一个结点,将其摘下放在新链表的最前端。注意链表为空和只有一个结点的情况。时间复杂度为O(n)

public void reserveLink(){

Node curNode = head;

Node preNode = null;

while (curNode.next != null){

Node nextNode = curNode.next;

//主要理解以下逻辑

curNode.next = preNode; //将current的下一个结点指向新链表的头结点

preNode = curNode; //将改变了指向的cruNode赋值给preNode

curNode = nextNode;

}

curNode.next = preNode;

preNode = curNode;

head = preNode;

}

9、判断链表是否有环

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//设置快指针和慢指针,慢指针每次走一步,快指针每次走两步,当快指针与慢指针相等时,就说明该链表有环

public boolean isRinged(){

if(head == null){

return false;

}

Node slow = head;

Node fast = head;

while(fast.next != null && fast.next.next != null){

slow = slow.next;

fast = fast.next.next;

if(fast == slow){

return true;

}

}

return false;

}

10、取出有环链表中,环的长度

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//获取环的相遇点

public Node getFirstMeet(){

if(head == null){

return null;

}

Node slow = head;

Node fast = head;

while(fast.next != null && fast.next.next != null){

slow = slow.next;

fast = fast.next.next;

if(fast == slow){

return slow;

}

}

return null;

}

//首先得到相遇的结点,这个结点肯定是在环里,我们可以让这个结点对应的指针一直往下走,直到它回到原点,就可以算出环的长度

public int getCycleLength(){

Node current = getFirstMeet(); //获取相遇点

int length = 0;

while (current != null) {

current = current.next;

length++;

if (current == getFirstMeet()) { //当current结点走到原点的时候

return length;

}

}

return length;

}

11、判断两个链表是否相交

//两个链表相交,则它们的尾结点一定相同,比较两个链表的尾结点是否相同即可

public boolean isCross(Node head1, Node head2){

Node temp1 = head1;

Node temp2 = head2;

while(temp1.next != null){

temp1 = temp1.next;

}

while(temp2.next != null){

temp2 = temp2.next;

}

if(temp1 == temp2){

return true;

}

return false;

}

12、如果链表相交,求链表相交的起始点

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/**

* 如果链表相交,求链表相交的起始点:

* 1、首先判断链表是否相交,如果两个链表不相交,则求相交起点没有意义

* 2、求出两个链表长度之差:len=length1-length2

* 3、让较长的链表先走len步

* 4、然后两个链表同步向前移动,每移动一次就比较它们的结点是否相等,第一个相等的结点即为它们的第一个相交点

*/

public Node findFirstCrossPoint(SingleLinkedList linkedList1, SingleLinkedList linkedList2){

//链表不相交

if(!isCross(linkedList1.head,linkedList2.head)){

return null;

}else{

int length1 = linkedList1.length();//链表1的长度

int length2 = linkedList2.length();//链表2的长度

Node temp1 = linkedList1.head;//链表1的头结点

Node temp2 = linkedList2.head;//链表2的头结点

int len = length1 - length2;//链表1和链表2的长度差

if(len > 0){//链表1比链表2长,链表1先前移len步

for(int i=0; i

temp1 = temp1.next;

}

}else{//链表2比链表1长,链表2先前移len步

for(int i=0; i

temp2 = temp2.next;

}

}

//链表1和链表2同时前移,直到找到链表1和链表2相交的结点

while(temp1 != temp2){

temp1 = temp1.next;

temp2 = temp2.next;

}

return temp1;

}

}

13、合并两个有序的单链表(将1->2->3和1->3->4合并为1->1->2->3->3->4)

//两个参数代表的是两个链表的头结点

//方法一

public Node mergeLinkList(Node head1, Node head2) {

if (head1 == null && head2 == null) { //如果两个链表都为空

return null;

}

if (head1 == null) {

return head2;

}

if (head2 == null) {

return head1;

}

Node head; //新链表的头结点

Node current; //current结点指向新链表

// 一开始,我们让current结点指向head1和head2中较小的数据,得到head结点

if (head1.val <= head2.val) {

head = head1;

current = head1;

head1 = head1.next;

} else {

head = head2;

current = head2;

head2 = head2.next;

}

while (head1 != null && head2 != null) {

if (head1.val <= head2.val) {

current.next = head1; //新链表中,current指针的下一个结点对应较小的那个数据

current = current.next; //current指针下移

head1 = head1.next;

} else {

current.next = head2;

current = current.next;

head2 = head2.next;

}

}

//合并剩余的元素

if (head1 != null) { //说明链表2遍历完了,是空的

current.next = head1;

}

if (head2 != null) { //说明链表1遍历完了,是空的

current.next = head2;

}

return head;

}

//方法二:递归法

public Node merge(Node head1, Node head2) {

if(head1 == null){

return head2;

}

if(head2 == null){

return head1;

}

Node head = null;

if(head1.val <= head2.val){

head = head1;

head.next = merge(head1.next,head2);

}else{

head = head2;

head.next = merge(head1,head2.next);

}

return head;

}

到此单链表的一些常见操作展示的差不多了,如有兴趣可继续深入研究~~~

三、其它种类链表(拓展)

1、双向链表(java.util中的LinkedList就是双链的一种实现)

双向链表(双链表)是链表的一种。和单链表一样,双链表也是由节点组成,它的每个数据结点中都有两个指针,分别指向直接后继和直接前驱。所以,从双向链表中的任意一个结点开始,都可以很方便地访问它的前驱结点和后继结点。一般我们都构造双向循环链表。

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优点:对于链表中一个给的的结点,可以从两个方向进行操,双向链表相对单链表更适合元素的查询工作。

缺点:

每个结点需要再添加一个额外的指针,因此需要更多的空间开销。

结点的插入或者删除更加费时。

以下是双链的相关实现和操作(其实单链弄明白了,双链只不过多维护了个前节点)

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public class DoubleLink {

// 表头

private DNode mHead;

// 节点个数

private int mCount;

// 双向链表“节点”对应的结构体

private class DNode {

public DNode prev;

public DNode next;

public T value;

public DNode(T value, DNode prev, DNode next) {

this.value = value;

this.prev = prev;

this.next = next;

}

}

// 构造函数

public DoubleLink() {

// 创建“表头”。注意:表头没有存储数据!

mHead = new DNode(null, null, null);

mHead.prev = mHead.next = mHead;

// 初始化“节点个数”为0

mCount = 0;

}

// 返回节点数目

public int size() {

return mCount;

}

// 返回链表是否为空

public boolean isEmpty() {

return mCount==0;

}

// 获取第index位置的节点

private DNode getNode(int index) {

if (index<0 || index>=mCount)

throw new IndexOutOfBoundsException();

// 正向查找

if (index <= mCount/2) {

DNode node = mHead.next;

for (int i=0; i

node = node.next;

return node;

}

// 反向查找

DNode rnode = mHead.prev;

int rindex = mCount - index -1;

for (int j=0; j

rnode = rnode.prev;

return rnode;

}

// 获取第index位置的节点的值

public T get(int index) {

return getNode(index).value;

}

// 获取第1个节点的值

public T getFirst() {

return getNode(0).value;

}

// 获取最后一个节点的值

public T getLast() {

return getNode(mCount-1).value;

}

// 将节点插入到第index位置之前

public void insert(int index, T t) {

if (index==0) {

DNode node = new DNode(t, mHead, mHead.next);

mHead.next.prev = node;

mHead.next = node;

mCount++;

return ;

}

DNode inode = getNode(index);

DNode tnode = new DNode(t, inode.prev, inode);

inode.prev.next = tnode;

inode.next = tnode;

mCount++;

return ;

}

// 将节点插入第一个节点处。

public void insertFirst(T t) {

insert(0, t);

}

// 将节点追加到链表的末尾

public void appendLast(T t) {

DNode node = new DNode(t, mHead.prev, mHead);

mHead.prev.next = node;

mHead.prev = node;

mCount++;

}

// 删除index位置的节点

public void del(int index) {

DNode inode = getNode(index);

inode.prev.next = inode.next;

inode.next.prev = inode.prev;

inode = null;

mCount--;

}

// 删除第一个节点

public void deleteFirst() {

del(0);

}

// 删除最后一个节点

public void deleteLast() {

del(mCount-1);

}

}

2、循环单链表、循环双链表(操作和单链、双链是一样的,不赘述了)

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四、总结

本文主要是对于链表这种数据结构的介绍和认知,明白链表的优劣势。

重点是要学会对于单链的操作,体会它的一些独到之处,至于其它衍生链表,举一反三而已!!!

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