Java數據結構之鏈表詳解
一、鏈表的介紹
什麼是鏈表
鏈表是一種物理存儲單元上非連續、非順序的存儲結構，數據元素的邏輯順序是通過鏈表中的指針鏈接次序實現的。鏈表由一系列結點（鏈表中每一個元素稱為結點）組成，結點可以在運行時動態生成。每個結點包括兩個部分：一個是存儲數據元素的數據域，另一個是存儲下一個結點地址的指針域。 相比於線性表順序結構，操作復雜。由於不必須按順序存儲，鏈表在插入的時候可以達到O(1)的復雜度，比另一種線性表順序表快得多，但是查找一個節點或者訪問特定編號的節點則需要O(n)的時間，而線性表和順序表相應的時間復雜度分別是O(logn)和O(1)。
鏈表和數組的比較
使用鏈表結構可以克服數組鏈表需要預先知道數據大小的缺點，鏈表結構可以充分利用計算機內存空間，實現靈活的內存動態管理。但是鏈表失去瞭數組隨機讀取的優點，同時鏈表由於增加瞭結點的指針域，空間開銷比較大。鏈表最明顯的好處就是，常規數組排列關聯項目的方式可能不同於這些數據項目在記憶體或磁盤上順序，數據的存取往往要在不同的排列順序中轉換。鏈表允許插入和移除表上任意位置上的節點，但是不允許隨機存取。
一句話就是鏈表因為內存是動態分配的所以添加和刪除快，但是查詢速度慢
數組因為有索引所以查找快，但是添加和刪除慢，因為每次都要創建新的數組
二、單鏈表的實現
單鏈表在內存中的情況：
單鏈表的示意圖：
每個節點包含data域和next域指向下一個節點
水滸裡面的英雄好漢想必大傢都聽過，下面用一個帶head節點的鏈表來實現對水滸英雄排名的增刪改查操作來瞭解單鏈表的操作。
//英雄節點
public class HeroNode {
public int no;//編號
public String name;//名字
public String nickname;//綽號
HeroNode next;//下一個節點
public HeroNode(int no, String name, String nickname) {
this.no = no;
this.name = name;
this.nickname = nickname;
}
public int getNo() {
return no;
}
public void setNo(int no) {
this.no = no;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public String getNickname() {
return nickname;
}
public void setNickname(String nickname) {
this.nickname = nickname;
}
@Override
public String toString() {
return "HeroNode{" +
"no=" + no +
", name='" + name + '\'' +
", nickname='" + nickname + '\'' +
'}';
}
}
//定義SingleLinkedList 管理好漢節點
class SingleLinkedList {
//先初始化一個頭節點, 頭節點不動, 不存放具體的數據
private HeroNode head = new HeroNode(0, "", "");
//返回頭節點
public HeroNode getHead() {
return head;
}
}
添加節點
不考慮好漢編號順序
思路分析
1.找到當前鏈表的最後節點
2.將最後這個節點的next 指向 新的節點
public void add(HeroNode heroNode) {
//因為head節點不能動，因此我們需要一個輔助節點遍歷鏈表
HeroNode temp = head;
//遍歷鏈表，找到最後
while(true) {
//找到鏈表的最後
if(temp.next == null) {
break;
}
//如果沒有找到最後, 將將temp後移
temp = temp.next;
}
//當退出while循環時，temp就指向瞭鏈表的最後
//將最後這個節點的next 指向 新的節點
temp.next = heroNode;
}
第二種方式考慮好漢編號順序，根據排名將好漢插入到指定位置(如果沒有這個排名，則添加失敗，並給出提示)
public void addByOrder(HeroNode heroNode) {
//因為頭節點不能動，因此我們仍然通過一個輔助指針(變量)來幫助找到添加的位置
HeroNode temp = head;
boolean flag = false; // flag標志添加的編號是否存在，默認為false
while(true) {
if(temp.next == null) {//說明temp已經在鏈表的最後
break;
}
if(temp.next.no > heroNode.no) { //位置找到，就在temp的後面插入
break;
} else if (temp.next.no == heroNode.no) {//說明希望添加的heroNode的編號已然存在
flag = true; //說明編號存在
break;
}
temp = temp.next; //後移，遍歷當前鏈表
}
//判斷flag 的值
if(flag) { //不能添加，說明編號存在
System.out.printf("準備插入的英雄的編號 %d 已經存在瞭, 不能加入\n", heroNode.no);
} else {
//插入到鏈表中, temp的後面
heroNode.next = temp.next;
temp.next = heroNode;
}
}
修改節點
根據 newHeroNode 的 no 來修改
public void update(HeroNode newHeroNode) {
//判斷是否空
if(head.next == null) {
System.out.println("鏈表為空~");
return;
}
//找到需要修改的節點, 根據no編號
//定義一個輔助變量
HeroNode temp = head.next;
boolean flag = false; //表示是否找到該節點
while(true) {
if (temp == null) {
break; //已經遍歷完鏈表
}
if(temp.no == newHeroNode.no) {
//找到
flag = true;
break;
}
temp = temp.next;
}
//根據flag 判斷是否找到要修改的節點
if(flag) {
temp.name = newHeroNode.name;
temp.nickname = newHeroNode.nickname;
} else { //沒有找到
System.out.printf("沒有找到 編號 %d 的節點，不能修改\n", newHeroNode.no);
}
}
刪除節點
根據 要刪除的 no 來刪除
public void delete(int no) {
HeroNode temp = head;
boolean flag = false; // 標志是否找到待刪除節點的
while(true) {
if(temp.next == null) { //已經到鏈表的最後
break;
}
if(temp.next.no == no) {
//找到的待刪除節點的前一個節點temp
flag = true;
break;
}
temp = temp.next; //temp後移，遍歷
}
//判斷flag
if(flag) { //找到
//可以刪除
temp.next = temp.next.next;
}else {
System.out.printf("要刪除的 %d 節點不存在\n", no);
}
}
查找節點
根據 輸入的 no 來查找
public void search(int no) {
HeroNode temp = head;
boolean flag = false; // 標志是否找到節點
while(true) {
if(temp.next == null) { //已經到鏈表的最後
break;
}
if(temp.no == no) {
//找到瞭該節點
flag = true;
break;
}
temp = temp.next; //temp後移，遍歷
}
//判斷flag
if(flag) {
//找到瞭該節點
System.out.printf("要查找的 %d 節點是\n", temp);
}else {
System.out.printf("要查找的 %d 節點不存在\n", no);
}
}
遍歷鏈表
public void list() {
//判斷鏈表是否為空
if(head.next == null) {
System.out.println("鏈表為空");
return;
}
//因為頭節點，不能動，因此我們需要一個輔助變量來遍歷
HeroNode temp = head.next;
while(true) {
//判斷是否到鏈表最後
if(temp == null) {
break;
}
//輸出節點的信息
System.out.println(temp);
//將temp後移， 一定小心
temp = temp.next;
}
}
}
測試：
public static void main(String[] args) {
//先創建節點
HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", "及時雨");
HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "盧俊義", "玉麒麟");
HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吳用", "智多星");
HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "林沖", "豹子頭");
SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
singleLinkedList.add(hero1);
singleLinkedList.add(hero4);
singleLinkedList.add(hero2);
singleLinkedList.add(hero3);
singleLinkedList.list();
System.out.println("刪除一個節點");
singleLinkedList.del(3);
singleLinkedList.update(new HeroNode(1,"宋江","義薄雲天"));
singleLinkedList.list();
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=及時雨]
HeroNode [no=4, name=林沖, nickname=豹子頭]
HeroNode [no=2, name=盧俊義, nickname=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吳用, nickname=智多星]
刪除一個節點
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=義薄雲天]
HeroNode [no=4, name=林沖, nickname=豹子頭]
HeroNode [no=2, name=盧俊義, nickname=玉麒麟]
三、雙向鏈表的實現
雙向鏈表的介紹
雙向鏈表也叫雙鏈表，是鏈表的一種，它的每個數據結點中都有兩個指針，分別指向直接後繼和直接前驅。所以，從雙向鏈表中的任意一個結點開始，都可以很方便地訪問它的前驅結點和後繼結點。如下圖所示：
雙向鏈表的分析
單向鏈表查找的方向隻有一個，而雙向鏈表可以向前或向後查找，實現雙向查找。
單向鏈表不能自我刪除，而雙向鏈表可以自我刪除。
我們依舊通過水滸英雄的例子來實現雙向鏈表的增刪改查操作。
// 定義HeroNode2 ， 每個HeroNode 對象就是一個節點
class HeroNode2 {
public int no;
public String name;
public String nickname;
public HeroNode2 next; // 指向下一個節點, 默認為null
public HeroNode2 pre; // 指向前一個節點, 默認為null
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 + "]";
}
}
// 創建一個雙向鏈表的類
class DoubleLinkedList {
// 先初始化一個頭節點, 頭節點不動, 不存放具體的數據
private HeroNode2 head = new HeroNode2(0, "", "");
// 返回頭節點
public HeroNode2 getHead() {
return head;
}
}
遍歷鏈表
// 創建一個雙向鏈表的類
class DoubleLinkedList {
// 先初始化一個頭節點, 頭節點不動, 不存放具體的數據
private HeroNode2 head = new HeroNode2(0, "", "");
// 返回頭節點
public HeroNode2 getHead() {
return head;
}
}
添加節點
public void add(HeroNode2 heroNode) {
// 因為head節點不能動，因此我們需要一個輔助遍歷 temp
HeroNode2 temp = head;
// 遍歷鏈表，找到最後
while (true) {
// 找到鏈表的最後
if (temp.next == null) {//
break;
}
// 如果沒有找到最後, 將將temp後移
temp = temp.next;
}
// 當退出while循環時，temp就指向瞭鏈表的最後
// 形成一個雙向鏈表
temp.next = heroNode;
heroNode.pre = temp;
}
修改節點
public void update(HeroNode2 newHeroNode) {
// 判斷是否空
if (head.next == null) {
System.out.println("鏈表為空~");
return;
}
// 找到需要修改的節點, 根據no編號
// 定義一個輔助變量
HeroNode2 temp = head.next;
boolean flag = false; // 表示是否找到該節點
while (true) {
if (temp == null) {
break; // 已經遍歷完鏈表
}
if (temp.no == newHeroNode.no) {
// 找到
flag = true;
break;
}
temp = temp.next;
}
// 根據flag 判斷是否找到要修改的節點
if (flag) {
temp.name = newHeroNode.name;
temp.nickname = newHeroNode.nickname;
} else { // 沒有找到
System.out.printf("沒有找到 編號 %d 的節點，不能修改\n", newHeroNode.no);
}
}
刪除節點
// 1 對於雙向鏈表，我們可以直接找到要刪除的這個節點
// 2 找到後，自我刪除即可
public void del(int no) {
// 判斷當前鏈表是否為空
if (head.next == null) {// 空鏈表
System.out.println("鏈表為空，無法刪除");
return;
}
HeroNode2 temp = head.next; // 輔助變量(指針)
boolean flag = false; // 標志是否找到待刪除節點的
while (true) {
if (temp == null) { // 已經到鏈表的最後
break;
}
if (temp.no == no) {
// 找到的待刪除節點的前一個節點temp
flag = true;
break;
}
temp = temp.next; // temp後移，遍歷
}
// 判斷flag
if (flag) { // 找到
// 可以刪除
// temp.next = temp.next.next;[單向鏈表]
temp.pre.next = temp.next;
// 這裡我們的代碼有問題?
// 如果是最後一個節點，就不需要執行下面這句話，否則出現空指針
if (temp.next != null) {
temp.next.pre = temp.pre;
}
} else {
System.out.printf("要刪除的 %d 節點不存在\n", no);
}
}
測試
public static void main(String[] args) {
// 測試
System.out.println("雙向鏈表的測試");
// 先創建節點
HeroNode2 hero1 = new HeroNode2(1, "宋江", "及時雨");
HeroNode2 hero2 = new HeroNode2(2, "盧俊義", "玉麒麟");
HeroNode2 hero3 = new HeroNode2(3, "吳用", "智多星");
HeroNode2 hero4 = new HeroNode2(4, "林沖", "豹子頭");
// 創建一個雙向鏈表
DoubleLinkedList doubleLinkedList = new DoubleLinkedList();
doubleLinkedList.add(hero1);
doubleLinkedList.add(hero2);
doubleLinkedList.add(hero3);
doubleLinkedList.add(hero4);
doubleLinkedList.list();
// 修改
HeroNode2 newHeroNode = new HeroNode2(4, "公孫勝", "入雲龍");
doubleLinkedList.update(newHeroNode);
System.out.println("修改後的鏈表情況");
doubleLinkedList.list();
// 刪除
doubleLinkedList.del(3);
System.out.println("刪除後的鏈表情況~~");
doubleLinkedList.list();
}
雙向鏈表的測試
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=及時雨]
HeroNode [no=2, name=盧俊義, nickname=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吳用, nickname=智多星]
HeroNode [no=4, name=林沖, nickname=豹子頭]
修改後的鏈表情況
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=及時雨]
HeroNode [no=2, name=盧俊義, nickname=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吳用, nickname=智多星]
HeroNode [no=4, name=公孫勝, nickname=入雲龍]
刪除後的鏈表情況~~
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=及時雨]
HeroNode [no=2, name=盧俊義, nickname=玉麒麟]
HeroNode [no=4, name=公孫勝, nickname=入雲龍]
四、循環鏈表的實現
循環鏈表介紹
循環鏈表是另一種形式的鏈式存儲結構。它的特點是表中最後一個結點的指針域指向頭結點，整個鏈表形成一個環。
循環鏈表實現
public class LoopLinkedList {
Node head;//頭結點
Node tail;//尾結點
int size;//鏈表大小
public LoopLinkedList() {
head=tail=null;
size=0;
}
//鏈表大小
public int getSize(){
return size;
}
//頭部增加節點
public void addInHead(Node node){
if(size==0){
node.setNext(node);
head=tail=node;
size++;
}else {
tail.setNext(node);
node.setNext(head);
head=node;
size++;
}
}
//尾部增加節點
public void addInTail(Node node){
if(size==0){
node.setNext(node);
head=tail=node;
size++;
}else {
tail.setNext(node);
node.setNext(head);
tail=node;
size++;
}
}
//刪除頭部節點
public void deleteHead(){
if(size>1){
//原來的head=null將會被自動回收
head=head.getNext();
tail.setNext(head);
size--;
}else if(size==1){
head=tail=null;
size--;
} else {
System.out.println("鏈表為空");
}
}
//刪除尾部節點
public void deleteTail(){
if(size>1){
Node temp=head;
//循環遍歷找到尾部節點
while (temp.getNext()!=tail){
temp=temp.getNext();
}
temp.setNext(head);
size--;
}else if(size==1){
head=tail=null;
size--;
} else {
System.out.println("鏈表為空");
}
}
//遍歷節點
public void traverse(){
if(size==0)
System.out.println("鏈表為空");
Node temp=head;
while (temp.getNext()!=head){
System.out.print(temp.getData());
System.out.print("--->");
temp=temp.getNext();
}
System.out.print(temp.getData());
System.out.print("--->");
System.out.print(head.getData());
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
LoopLinkedList list = new LoopLinkedList();
list.addInHead(new Node(1));
list.addInHead(new Node(3));
list.addInHead(new Node(4));
list.addInTail(new Node(5));
System.out.println(list.getSize());
list.traverse();
System.out.println();
list.deleteHead();
list.deleteTail();
list.traverse();
}
}
4
4--->3--->1--->5--->4
3--->1--->3
五，鏈表相關的面試題
求單鏈表中的有效節點個數
(如果是帶頭結點的鏈表，不統計頭節點)
/**
*
* @param head 鏈表的頭節點
* @return 返回的就是有效節點的個數
*/
public static int getLength(HeroNode head) {
if(head.next == null) { //空鏈表
return 0;
}
int length = 0;
//定義一個輔助的變量, 這裡我們沒有統計頭節點
HeroNode cur = head.next;
while(cur != null) {
length++;
cur = cur.next; //遍歷
}
return length;
}
查找單鏈表中的倒數第k個結點
思路分析：
1.編寫一個方法，接收head節點，同時接收一個indexindex
2.表示是倒數第index個節點
3.先把鏈表從頭到尾遍歷，得到鏈表的總的長度 getLength
4.得到size 後，我們從鏈表的第一個開始遍歷 (size-index)個，就可以得到
5.如果找到瞭，則返回該節點，否則返回null
public static HeroNode findLastIndexNode(HeroNode head, int index) {
//判斷如果鏈表為空，返回null
if(head.next == null) {
return null;//沒有找到
}
//第一個遍歷得到鏈表的長度(節點個數)
int size = getLength(head);
//第二次遍歷 size-index 位置，就是我們倒數的第K個節點
//先做一個index的校驗
if(index <=0 || index > size) {
return null;
}
//定義給輔助變量， for 循環定位到倒數的index
HeroNode cur = head.next; //3 // 3 - 1 = 2
for(int i =0; i< size - index; i++) {
cur = cur.next;
}
return cur;
}
將單鏈表反轉
如下所示：
思路分析：
代碼如下：
public static void reversetList(HeroNode head) {
//如果當前鏈表為空，或者隻有一個節點，無需反轉，直接返回
if(head.next == null || head.next.next == null) {
return ;
}
//定義一個輔助的指針(變量)，幫助我們遍歷原來的鏈表
HeroNode cur = head.next;
HeroNode next = null;// 指向當前節點[cur]的下一個節點
HeroNode reverseHead = new HeroNode(0, "", "");
//遍歷原來的鏈表，每遍歷一個節點，就將其取出，並放在新的鏈表reverseHead 的最前端
while(cur != null) {
next = cur.next;//先暫時保存當前節點的下一個節點，因為後面需要使用
cur.next = reverseHead.next;//將cur的下一個節點指向新的鏈表的最前端
reverseHead.next = cur; //將cur 連接到新的鏈表上
cur = next;//讓cur後移
}
//將head.next 指向 reverseHead.next , 實現單鏈表的反轉
head.next = reverseHead.next;
}
從尾到頭打印鏈表
方案1.先將鏈表反轉然後打印遍歷代碼如上所示
方案2.可以利用棧這個數據結構，將各個節點壓入到棧中，然後利用棧的先進後出的特點，就實現瞭逆序打印的效果
public static void reversePrint(HeroNode head) {
if(head.next == null) {
return;//空鏈表，不能打印
}
//創建一個棧，將各個節點壓入棧
Stack<HeroNode> stack = new Stack<HeroNode>();
HeroNode cur = head.next;
//將鏈表的所有節點壓入棧
while(cur != null) {
stack.push(cur);
cur = cur.next; //cur後移，這樣就可以壓入下一個節點
}
//將棧中的節點進行打印,pop 出棧
while (stack.size() > 0) {
System.out.println(stack.pop()); //stack的特點是先進後出
}
}
到此這篇關於Java數據結構之鏈表詳解的文章就介紹到這瞭,更多相關Java鏈表內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！
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