单向链表

链表(Linked List)介绍

链表在内存中的存储

特点

  • 链表是以节点的方式来存储,是链式存储
  • 每个节点包含 data 域 和 next 域。next域用来指向下一个节点
  • 链表的各个节点不一定是连续存储的
  • 链表分带头节点的链表没有头节点的链表,根据实际的需求来确定

带头结点的单列表逻辑示意图

单向链表的优缺点

和普通的线性结构(如数组)相比,链表结构有以下特点:
(1)单个结点创建非常灵活,普通的线性内存通常在创建的时候就需要设定数据的大小
(2)结点的删除、插入非常方便,不需要像线性结构那样移动剩下的数据
(3)结点的访问方便,可以通过循环或者递归的方法访问到任意数据,但是平均的访问效率低于线性表

实现思路(实现链表的增删改查)

创建(添加)

  • 先创建一个Head头节点,表示单链表的头
  • 后面我们每添加一个节点,就放在链表的最后

遍历

通过一个辅助变量,来遍历整个链表

有序插入

  • 先遍历链表,找到应该插入的位置
  • 要插入的节点的next指向插入位置的后一个节点
  • 插入位置的前一个节点的next指向要插入节点
  • 插入前要判断是否在队尾插入

根据某个属性节点修改值

  • 先遍历节点,找到修改的位置
  • 如果未找到修改节点,则不修改

删除某个节点

  • 先遍历节点,找到要删除节点的前一个节点
  • 进行删除操作

求倒数第n个节点的信息

  • 遍历链表,求出链表的有效长度length(不算头结点)
  • 遍历链表到第length-n的节点

翻转链表

  • 创建一个新的头结点,作为新链表的头

  • 从头遍历旧链表,将遍历到的节点插入新链表的头结点之后

  • 注意需要用到

两个暂存节点

  • 一个用来保存正在遍历的节点
  • 一个用来保存正在遍历节点的下一个节点

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逆序打印

  • 遍历链表,将遍历到的节点入栈
  • 遍历完后,进行出栈操作,同时打印出栈元素

代码

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public class Demo1 {
public static void main(String[] args) {
LinkedList linkedList = new LinkedList();
linkedList.traverseNode();
System.out.println();
//创建学生节点,并插入链表
StudentNode student1 = new StudentNode(1, "Nyima");
StudentNode student3 = new StudentNode(3, "Lulu");
linkedList.addNode(student1);
linkedList.addNode(student3);
linkedList.traverseNode();
System.out.println();

//按id大小插入
System.out.println("有序插入");
StudentNode student2 = new StudentNode(0, "Wenwen");
linkedList.addByOrder(student2);
linkedList.traverseNode();
System.out.println();

//按id修改学生信息
System.out.println("修改学生信息");
student2 = new StudentNode(1, "Hulu");
linkedList.changeNode(student2);
linkedList.traverseNode();
System.out.println();

//根据id删除学生信息
System.out.println("删除学生信息");
student2 = new StudentNode(1, "Hulu");
linkedList.deleteNode(student2);
linkedList.traverseNode();
System.out.println();

//获得倒数第几个节点
System.out.println("获得倒数节点");
System.out.println(linkedList.getStuByRec(2));
System.out.println();

//翻转链表
System.out.println("翻转链表");
LinkedList newLinkedList = linkedList.reverseList();
newLinkedList.traverseNode();
System.out.println();

//倒叙遍历链表
System.out.println("倒序遍历链表");
newLinkedList.reverseTraverse();

}
}

/**
* 创建链表
*/
class LinkedList {
//头节点,防止被修改,设置为私有的
private StudentNode head = new StudentNode(0, "");

/**
* 添加节点
* @param node 要添加的节点
*/
public void addNode(StudentNode node) {
//因为头节点不能被修改,所以创建一个辅助节点
StudentNode temp = head;
//找到最后一个节点
while (true) {
//temp是尾节点就停止循环
if(temp.next == null) {
break;
}
//不是尾结点就向后移动
temp = temp.next;
}
//现在temp是尾节点了,再次插入
temp.next = node;
}

/**
* 遍历链表
*/
public void traverseNode() {
System.out.println("开始遍历链表");
if(head.next == null) {
System.out.println("链表为空");
}
//创建辅助节点
StudentNode temp = head.next;
while(true) {
//遍历完成就停止循环
if(temp == null) {
break;
}
System.out.println(temp);
temp = temp.next;
}
}

/**
* 按id顺序插入节点
* @param node
*/
public void addByOrder(StudentNode node) {
//如果没有首节点,就直接插入
if(head.next == null) {
head.next = node;
return;
}
//辅助节点,用于找到插入位置和插入操作
StudentNode temp = head;
//节点的下一个节点存在,且它的id小于要插入节点的id,就继续下移
while (temp.next!=null && temp.next.id < node.id) {
temp = temp.next;
}
//如果temp的下一个节点存在,则执行该操作
//且插入操作,顺序不能换
if(temp.next != null) {
node.next = temp.next;
}
temp.next = node;
}

/**
* 根据id来修改节点信息
* @param node 修改信息的节点
*/
public void changeNode(StudentNode node) {
if(head == null) {
System.out.println("链表为空,请先加入该学生信息");
return;
}
StudentNode temp = head;
//遍历链表,找到要修改的节点
while (temp.next!= null && temp.id != node.id) {
temp = temp.next;
}
//如果temp已经是最后一个节点,判断id是否相等
if(temp.id != node.id) {
System.out.println("未找到该学生的信息,请先创建该学生的信息");
return;
}
//修改学生信息
temp.name = node.name;
}

/**
* 根据id删除节点
* @param node 要删除的节点
*/
public void deleteNode(StudentNode node) {
if(head.next == null) {
System.out.println("链表为空");
return;
}
StudentNode temp = head.next;
//遍历链表,找到要删除的节点
if(temp.next!=null && temp.next.id!=node.id) {
temp = temp.next;
}
//判断最后一个节点的是否要删除的节点
if(temp.next.id != node.id) {
System.out.println("请先插入该学生信息");
return;
}
//删除该节点
temp.next = temp.next.next;
}

/**
* 得到倒数的节点
* @param index 倒数第几个数
* @return
*/
public StudentNode getStuByRec(int index) {
if(head.next == null) {
System.out.println("链表为空!");
}
StudentNode temp = head.next;
//用户记录链表长度,因为head.next不为空,此时已经有一个节点了
//所以length初始化为1
int length = 1;
while(temp.next != null) {
temp = temp.next;
length++;
}
if(length < index) {
throw new RuntimeException("链表越界");
}

temp = head.next;
for(int i = 0; i<length-index; i++) {
temp = temp.next;
}
return temp;
}

/**
* 翻转链表
* @return 反转后的链表
*/
public LinkedList reverseList() {
//链表为空或者只有一个节点,无需翻转
if(head.next == null || head.next.next == null) {
System.out.println("无需翻转");
}
LinkedList newLinkedList = new LinkedList();
//给新链表创建新的头结点
newLinkedList.head = new StudentNode(0, "");
//用于保存正在遍历的节点
StudentNode temp = head.next;
//用于保存正在遍历节点的下一个节点
StudentNode nextNode = temp.next;
while(true) {
//插入新链表
temp.next = newLinkedList.head.next;
newLinkedList.head.next = temp;
//移动到下一个节点
temp = nextNode;
nextNode = nextNode.next;
if(temp.next == null) {
//插入最后一个节点
temp.next = newLinkedList.head.next;
newLinkedList.head.next = temp;
head.next = null;
return newLinkedList;
}
}
}

public void reverseTraverse() {
if(head == null) {
System.out.println("链表为空");
}

StudentNode temp = head.next;
//创建栈,用于存放遍历到的节点
Stack<StudentNode> stack = new Stack<>();
while(temp != null) {
stack.push(temp);
temp = temp.next;
}

while (!stack.isEmpty()) {
System.out.println(stack.pop());
}
}
}

/**
* 定义节点
*/
class StudentNode {
int id;
String name;
//用于保存下一个节点的地址
StudentNode next;

public StudentNode(int id, String name) {
this.id = id;
this.name = name;
}

@Override
public String toString() {
return "StudentNode{" +
"id=" + id +
", name='" + name + '\'' +
'}';
}
}

结果

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开始遍历链表
链表为空

开始遍历链表
StudentNode{id=1, name='Nyima'}
StudentNode{id=3, name='Lulu'}

有序插入
开始遍历链表
StudentNode{id=0, name='Wenwen'}
StudentNode{id=1, name='Nyima'}
StudentNode{id=3, name='Lulu'}

修改学生信息
开始遍历链表
StudentNode{id=0, name='Wenwen'}
StudentNode{id=1, name='Hulu'}
StudentNode{id=3, name='Lulu'}

删除学生信息
开始遍历链表
StudentNode{id=0, name='Wenwen'}
StudentNode{id=3, name='Lulu'}

获得倒数节点
StudentNode{id=0, name='Wenwen'}

翻转链表
开始遍历链表
StudentNode{id=3, name='Lulu'}
StudentNode{id=0, name='Wenwen'}

倒序遍历链表
StudentNode{id=0, name='Wenwen'}
StudentNode{id=3, name='Lulu'}

双向链表

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实现思路

遍历

  • 和单向链表的遍历相同,需要一个辅助节点来保存当前正在遍历的节点

添加

  • 双向链表多出了一个frnot,所以在添加时,要让新增节点的front指向链表尾节点

修改

  • 和单向链表的修改相同

删除

  • 使用temp来保存要删除的节点
  • temp.pre.next指向temp.next
  • temp.next指向temp.pre

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public class Demo2 {
public static void main(String[] args) {
BidirectionalList bidirectionalList = new BidirectionalList();
bidirectionalList.addNode(new PersonNode(1, "Nyima"));
bidirectionalList.addNode(new PersonNode(2, "Lulu"));
bidirectionalList.traverseNode();
System.out.println();

System.out.println("修改节点信息");
bidirectionalList.changeNode(new PersonNode(2, "Wenwen"));
bidirectionalList.traverseNode();
System.out.println();

//删除节点
System.out.println("删除节点");
bidirectionalList.deleteNode(new PersonNode(1, "Nyima"));
bidirectionalList.traverseNode();
}
}

class BidirectionalList {
private final PersonNode head = new PersonNode(-1, "");

/**
* 判断双向链表是否为空
* @return 判空结果
*/
public boolean isEmpty() {
return head.next == null;
}

/**
* 添加将诶点
* @param node 要被添加的节点
*/
public void addNode(PersonNode node) {
PersonNode temp = head;
if(temp.next != null) {
temp = temp.next;
}
//插入在最后一个节点的后面
temp.next = node;
node.front = temp;
}

public void traverseNode() {
System.out.println("遍历链表");
if (isEmpty()) {
System.out.println("链表为空");
return;
}
PersonNode temp = head.next;
while(temp != null) {
System.out.println(temp);
temp = temp.next;
}
}

/**
* 修改节点信息
* @param node 要修改的节点
*/
public void changeNode(PersonNode node) {
if(isEmpty()) {
System.out.println("链表为空");
return;
}
PersonNode temp = head.next;
//用于判定是否做了修改
boolean flag = false;
while (temp != null) {
if(temp.id == node.id) {
//匹配到节点,替换节点
temp.front.next = node;
node.next = temp.next;
flag = true;
}
temp = temp.next;
}
if(!flag) {
System.out.println("未匹配到改人信息");
}

}

/**
* 删除节点
* @param node 要删除的节点
*/
public void deleteNode(PersonNode node) {
if(isEmpty()){
System.out.println("链表为空");
return;
}
PersonNode temp = head.next;
//查看是否删除成功
boolean flag = false;
while(temp != null) {
if(temp.id == node.id) {
temp.front.next = temp.next;
temp.next = null;
flag = true;
}
temp = temp.next;
}
if(!flag) {
System.out.println("未找到该节点");
}
}


}

class PersonNode {
int id;
String name;
//指向下一个节点
PersonNode next;
//指向前一个节点
PersonNode front;

public PersonNode(int id, String name) {
this.id = id;
this.name = name;
}

@Override
public String toString() {
return "PersonNode{" +
"id=" + id +
", name='" + name + '\'' +
'}';
}
}

输出

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遍历链表
PersonNode{id=1, name='Nyima'}
PersonNode{id=2, name='Lulu'}

修改节点信息
遍历链表
PersonNode{id=1, name='Nyima'}
PersonNode{id=2, name='Wenwen'}

删除节点
遍历链表
PersonNode{id=2, name='Wenwen'}

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