【Java 数据结构】LinkedList与链表
LinkedList与链表
- 1. ArrayList的缺陷
- 2. 链表
-
- 2.1 链表的概念及结构
- 2.2 链表的实现
- 3. LinkedList的模拟实现
- 4.LinkedList的使用
-
- 4.1 什么是LinkedList
- 4.2LinkedList的使用
- 5. ArrayList和LinkedList的区别
1. ArrayList的缺陷
上节课已经熟悉了ArrayList的使用，并且进行了简单模拟实现。通过源码知道，ArrayList底层使用数组来存储元素：
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
// ...
// 默认容量是10
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
//...
// 数组：用来存储元素
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
// 有效元素个数
private int size;
public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
}
}
// ...
}
由于其底层是一段连续空间，当在ArrayList任意位置插入或者删除元素时，就需要将后序元素整体往前或者往后搬移，时间复杂度为O(n)，效率比较低，因此ArrayList不适合做任意位置插入和删除比较多的场景。因此：java集合中又引入了LinkedList，即链表结构。
2. 链表
2.1 链表的概念及结构
链表是一种物理存储结构上非连续存储结构，数据元素的逻辑顺序是通过链表中的引用链接次序实现的 。
实际中链表的结构非常多样
- 单向或者双向
- 带头或者不带头
- 循环或者非循环
虽然有这么多的链表的结构，但是我们重点掌握两种: - 无头单向非循环链表：结构简单，一般不会单独用来存数据。实际中更多是作为其他数据结构的子结构，如哈希桶、图的邻接表等等。另外这种结构在笔试面试中出现很多
- 无头双向链表：在Java的集合框架库中LinkedList底层实现就是无头双向循环链表。
2.2 链表的实现
自己实现接口ILIST
public interface IList {
//头插法
void addFirst(int data);
//尾插法
void addLast(int data);
//任意位置插入,第一个数据节点为0号下标
void addIndex(int index,int data);
//查找是否包含关键字key是否在单链表当中
boolean contains(int key);
//删除第一次出现关键字为key的节点
void remove(int key);
//删除所有值为key的节点
void removeAllKey(int key);
//得到单链表的长度
int size();
void clear();
void display();
}
链表实现
public class MySingleList implements IList {
//节点的内部类
static class ListNode {
public int val;
public ListNode next;
public ListNode(int val) {
this.val = val;
}
}
public ListNode head;
//public int usedSize;//可以定义
public void createList() {
ListNode node1 = new ListNode(12);
ListNode node2 = new ListNode(23);
ListNode node3 = new ListNode(34);
ListNode node4 = new ListNode(45);
ListNode node5 = new ListNode(56);
node1.next = node2;
node2.next = node3;
node3.next = node4;
node4.next = node5;
this.head = node1;
}
public void addFirst(int data) {
ListNode node = new ListNode(data);
if (this.head == null) {
this.head = node;
} else {
node.next = this.head;
this.head = node;
}
}
public void addLast(int data) {
ListNode node = new ListNode(data);
ListNode cur = this.head;
if (this.head == null) {
this.head = node;
} else {
//找到尾巴
while (cur.next != null) {
cur = cur.next;
}
//cur 现在指向了最后一个节点
cur.next = node;
}
}
public void addIndex(int index, int data) {
if (index < 0 || index > size()) {
//抛自定义的异常
return;
}
if (index == 0) {
addFirst(data);
return;
}
if (index == size()) {
addLast(data);
return;
}
ListNode cur = searchPrev(index);
ListNode node = new ListNode(data);
node.next = cur.next;
cur.next = node;
}
private ListNode searchPrev(int index) {
ListNode cur = this.head;
int count = 0;
while (count != index - 1) {
cur = cur.next;
count++;
}
return cur;
}
public boolean contains(int key) {
ListNode cur = this.head;
while (cur != null) {
if (cur.val == key) {
return true;
}
cur = cur.next;
}
return false;
}
public void remove(int key) {
if (this.head == null) {
//一个节点都没有 无法删除！
return;
}
if (this.head.val == key) {
this.head = this.head.next;
return;
}
//1. 找到前驱
ListNode cur = findPrev(key);
//2、判断返回值是否为空？
if (cur == null) {
System.out.println("没有你要删除的数字");
return;
}
//3、删除
ListNode del = cur.next;
cur.next = del.next;
}
/**
* 找到关键字key的前一个节点的地址
*
* @param key
* @return
*/
private ListNode findPrev(int key) {
ListNode cur = this.head;
while (cur.next != null) {
if (cur.next.val == key) {
return cur;
}
cur = cur.next;
}
return null;
}
public void removeAllKey(int key) {
if (this.head == null) {
return;
}
ListNode prev = head;
ListNode cur = head.next;
while (cur != null) {
if (cur.val == key) {
prev.next = cur.next;
cur = cur.next;
} else {
prev = cur;
cur = cur.next;
}
}
if (head.val == key) {
head = head.next;
}
}
public int size() {
int count = 0;
ListNode cur = this.head;
while (cur != null) {
count++;
cur = cur.next;
}
return count;
}
public void clear() {
ListNode cur = head;
while (cur != null) {
ListNode curNext = cur.next;
//cur.val = null;
cur.next = null;
cur = curNext;
}
head = null;
}
public void display() {
ListNode cur = this.head;
while (cur != null) {
System.out.print(cur.val + " ");
cur = cur.next;
}
System.out.println();
}
/**
* 这个是从指定位置开始打印
*
* @param newHead
*/
public void display(ListNode newHead) {
ListNode cur = newHead;
while (cur != null) {
System.out.print(cur.val + " ");
cur = cur.next;
}
System.out.println();
}
}
3. LinkedList的模拟实现
// 2、无头双向链表实现
public class MyLinkedList {
//头插法
public void addFirst(int data){ }
//尾插法
public void addLast(int data){}
//任意位置插入,第一个数据节点为0号下标
public void addIndex(int index,int data){}
//查找是否包含关键字key是否在单链表当中
public boolean contains(int key){}
//删除第一次出现关键字为key的节点
public void remove(int key){}
//删除所有值为key的节点
public void removeAllKey(int key){}
//得到单链表的长度
public int size(){}
public void display(){}
public void clear(){}
}
4.LinkedList的使用
4.1 什么是LinkedList
LinkedList的底层是双向链表结构(链表后面介绍)，由于链表没有将元素存储在连续的空间中，元素存储在单独的节点中，然后通过引用将节点连接起来了，因此在在任意位置插入或者删除元素时，不需要搬移元素，效率比较高。
在集合框架中，LinkedList也实现了List接口
【说明】
- LinkedList实现了List接口
- LinkedList的底层使用了双向链表
- LinkedList没有实现RandomAccess接口，因此LinkedList不支持随机访问
- LinkedList的任意位置插入和删除元素时效率比较高，时间复杂度为O(1)
- LinkedList比较适合任意位置插入的场景
4.2LinkedList的使用
- LinkedList的构造
public static void main(String[] args) {
// 构造一个空的LinkedList
List<Integer> list1 = new LinkedList<>();
List<String> list2 = new java.util.ArrayList<>();
list2.add("JavaSE");
list2.add("JavaWeb");
list2.add("JavaEE");
// 使用ArrayList构造LinkedList
List<String> list3 = new LinkedList<>(list2);
}
- LinkedList的其他常用方法介绍
- LinkedList的遍历
public static void main(String[] args) {
LinkedList<Integer> list = new LinkedList<>();
list.add(1); // add(elem): 表示尾插
list.add(2);
list.add(3);
list.add(4);
list.add(5);
list.add(6);
list.add(7);
System.out.println(list.size());
// foreach遍历
for (int e:list) {
System.out.print(e + " ");
}
System.out.println();
// 使用迭代器遍历---正向遍历
ListIterator<Integer> it = list.listIterator();
while(it.hasNext()){
System.out.print(it.next()+ " ");
}
System.out.println();
// 使用反向迭代器---反向遍历
ListIterator<Integer> rit = list.listIterator(list.size());
while (rit.hasPrevious()){
System.out.print(rit.previous() +" ");
}
System.out.println();
}
5. ArrayList和LinkedList的区别
