链表
链表是有序的列表,但是它在内存中是存储如下:
小结:
- 链表是以节点方式来存储,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(带头节点) 逻辑结构示意图如下:==并不是连续存储的==。
单链表的应用实例:
使用带head头的单向链表实现 –水浒英雄排行榜管理
- 第一种方法在添加英雄时,直接添加到链表的尾部
- 思路分析示意图:
- 思路分析示意图:
- 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)- 思路分析示意图:
- 思路分析示意图:
- 修改节点功能
- 思路:先找到该节点,通过遍历,temp.name = h.name;temp.nickname = h.nickname
- 删除节点
- 思路分析示意图:
- 思路分析示意图:
### 单链表面试题(新浪、百度、腾讯)
单链表的常见面试题有如下:
求单链表中有效节点的个数
/** * 方法:获取到单链表的节点的个数(如果是带头节点的链表,需求不统计头节点) * @param h 链表的头节点 * @return 返回的就是有效节点的个数 */ public static int getLength(HeroNode h){ //空链表直接返回0 if(h.next == null){ return 0; } //定义辅助变量,没有统计头节点,通过h.next直接获取下一个节点的数据 HeroNode temp = h.next; int count = 0; while(temp != null){ count++; temp = temp.next; } //返回有效的个数 return count; }
查找单链表中的倒数第k个结点 【新浪面试题】
/** * 查找单链表中的倒数第k个节点[新浪面试题] * 思路: * 1.编写一个方法,接受head节点,同时接受一个index * 2.index表示是倒数第index个节点 * 3.先把链表从头到尾遍历,得到链表的总的长度getLength * 4.得到size后,我们从链表的第一个开始遍历(size - index)个,就可以得到 * 5.如果找到了,则返回该节点,否则返回null * @param h * @param index * @return */ public static HeroNode findLastIndexNode(HeroNode h,int index){ //判断如果链表为空,则返回Null if(h.next == null){ return null; } //第一个遍历得到链表的长度(节点个数) int size = getLength(h); //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; } //定义辅助变量,for循环定位到倒数的index数据 HeroNode cur = h.next; for(int i = 0;i < size - index;i ++){ cur = cur.next; } return cur; }
单链表的反转【腾讯面试题,有点难度】
- 思路分析示意图:
/** * 将单链表反转 [腾讯面试题] * @param h */ public static void reverseList(HeroNode h){ //如果当前链表为空,或者只有一个节点,无需反转,直接返回 if(h.next == null || h.next.next == null){ return ; } //定义一个辅助变量,帮助我们遍历原来的链表 HeroNode cur = h.next; //指向当前节点[cur]的下一个节点 HeroNode next = null; HeroNode reverseHead = new HeroNode(0,"",""); //遍历原来的链表,每遍历一个节点,就将其取出,并放在心的链表reverseHead的最前端 while(cur != null){ //先暂时保存当前节点的下一个节点,因为后面需要使用 next = cur.next; //将cur的下一个节点指向新的链表的最前端 cur.next = reverseHead.next; //将cur连接到新的链表上 reverseHead.next = cur; //让cur后移 cur = next; } //将head.next指向reverseHead.next,实现单链表的反转 h.next = reverseHead.next; }
从尾到头打印单链表 (**不破坏链表结构**)【百度,要求方式1:反向遍历 。 方式2:Stack栈】
- 思路分析示意图:
/** * 利用栈这个数据结构,将各个节点压入到栈中,然后利用栈的先进后出的特点,就实现了逆序打印的效果 * 这样就能保证链表本身的结构不发生变化 * @param h */ public static void reversePrint(HeroNode h){ //判断链表是否为空 if(h.next == null){ return; } //创建一个栈,将各个节点压入栈 Stack<HeroNode> stack = new Stack<HeroNode>(); HeroNode cur = h.next; //将链表的所有节点压入栈 while(cur != null){ //入栈 stack.push(cur); //向后移动,遍历节点 cur = cur.next; } //将栈中的节点进行打印,pop出栈 while(stack.size() > 0){ System.out.println(stack.pop()); } }
完整代码实现:
@SuppressWarnings("all")
public class SingleLinkedList {
public static void main(String ... args){
//进行测试
//创建几个节点
HeroNode h = new HeroNode(1,"松江","及时雨");
HeroNode h1 = new HeroNode(2,"卢俊义","玉麒麟");
HeroNode h2 = new HeroNode(3,"吴用","智多星");
HeroNode h3 = new HeroNode(4,"林冲","豹子头");
//创建链表并加入链表中
SingleLinkedListTwo linkedList = new SingleLinkedListTwo();
// linkedList.add(h);
// linkedList.add(h3);
// linkedList.add(h2);
// linkedList.add(h1);
linkedList.addByOrder(h);
linkedList.addByOrder(h3);
linkedList.addByOrder(h2);
linkedList.addByOrder(h1);
System.out.println("正常情况下链表的数据");
linkedList.list();
linkedList.reverseList(linkedList.getHead());
System.out.println("反转后的链表数据");
linkedList.list();
System.out.println("逆序打印链表的数据");
linkedList.reversePrint(linkedList.getHead());
/*
//显示链表中的数据
System.out.println("修改之前的数据");
linkedList.list();
//测试修改节点的代码
HeroNode h02 = new HeroNode(2,"小卢","玉麒麟~~");
linkedList.update(h02);
//显示链表中的数据
System.out.println("修改之后的数据");
linkedList.list();
linkedList.del(2);
System.out.println("删除后的数据");
linkedList.list();
linkedList.del(4);
System.out.println("删除后的数据");
linkedList.list();
//获取单链表的有效个数
System.out.println("返回有效数据个数:"+linkedList.getLength(linkedList.getHead()));
//得到倒数第k个数据
HeroNode result = linkedList.findLastIndexNode(linkedList.getHead(),1);
System.out.println("倒数第k个节点的数据:"+result);
*/
}
}
//定义SingleLinkedListTwo管理节点
class SingleLinkedListTwo {
//初始化头结点
private HeroNode head = new HeroNode(0,"","");
public HeroNode getHead(){
return head;
}
/**
* 将单链表反转
* @param h
*/
public static void reverseList(HeroNode h){
//如果当前链表为空,或者只有一个节点,无需反转,直接返回
if(h.next == null || h.next.next == null){
return ;
}
//定义一个辅助变量,帮助我们遍历原来的链表
HeroNode cur = h.next;
//指向当前节点[cur]的下一个节点
HeroNode next = null;
HeroNode reverseHead = new HeroNode(0,"","");
//遍历原来的链表,每遍历一个节点,就将其取出,并放在心的链表reverseHead的最前端
while(cur != null){
//先暂时保存当前节点的下一个节点,因为后面需要使用
next = cur.next;
//将cur的下一个节点指向新的链表的最前端
cur.next = reverseHead.next;
//将cur连接到新的链表上
reverseHead.next = cur;
//让cur后移
cur = next;
}
//将head.next指向reverseHead.next,实现单链表的反转
h.next = reverseHead.next;
}
/**
* 利用栈这个数据结构,将各个节点压入到栈中,然后利用栈的先进后出的特点,就实现了逆序打印的效果
* 这样就能保证链表本身的结构不发生变化
* @param h
*/
public static void reversePrint(HeroNode h){
//判断链表是否为空
if(h.next == null){
return;
}
//创建一个栈,将各个节点压入栈
Stack<HeroNode> stack = new Stack<HeroNode>();
HeroNode cur = h.next;
//将链表的所有节点压入栈
while(cur != null){
//入栈
stack.push(cur);
//向后移动,遍历节点
cur = cur.next;
}
//将栈中的节点进行打印,pop出栈
while(stack.size() > 0){
System.out.println(stack.pop());
}
}
//添加节点到单向链表
/**
* 思路:当不考虑编号顺序时
* 1.找到当前链表的最后节点
* 2.将最后这个节点的next,指向 新的节点
* @param h
*/
public void add(HeroNode h){
//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;
}
//如果没有找到最后,就将temp后移
temp = temp.next;
}
//当退出while循环是,那么temp就指向了链表的最后
//将最后这个节点的next,指向 新的节点
temp.next = h;
}
/**
* 第二中方式在添加人物时,根据排名也就是编号,将人物插入到指定位置
* (如果有这个排名,则添加失败,并给出提示)
* @param h
*/
public void addByOrder(HeroNode h){
//因为头节点不能动,因此我们仍然通过一个辅助指针(变量)来帮助找到添加的位置
//因为单链表,因为我们找的temp是位于添加位置的前一个节点,否则插入不了
HeroNode temp = head;
//标示添加的编号是否存在,默认为false
boolean flag = false;
while(true){
//说明temp已经在链表的最后
if(temp.next == null){
break;
}
//位置找到,就在temp的后面插入
if(temp.next.no > h.no){
break;
//说明希望添加的节点的编号已经存在了
}else if(temp.next.no == h.no){
flag = true;
break;
}
//后移
temp = temp.next;
}
if(flag){
System.out.printf("添加的人物编号%d已经存在,不能重复添加",h.no);
}else{
h.next = temp.next;
temp.next = h;
}
}
/**
* 修改节点的信息,根据no编号来修改,即no编号不能改
* 说明:
* 1.根据h的no来修改即可
* @param h
*/
public void update(HeroNode h){
//判断链表是否为空
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;
//标志 标记是否找到
boolean flag = false;
while(true){
//判断是否遍历到链表的最后
if(temp == null){
break;
}
//判断是否找到
if(temp.no == h.no){
flag = true;
break;
}
temp = temp.next;
}
if(flag){
temp.name = h.name;
temp.nickName = h.nickName;
System.out.println("被修改的人物编号:"+h.no);
}else{
System.out.println("没有找到需要修改的编号,无法进行修改");
}
}
/**
* 删除节点
* 思路:
* 1.head不能动,因此我们需要一个temp辅助节点找到待删除节点的前一个节点
* 2.说明我们在比较时,是temp.next.no和 需要删除的节点的no比较
* @param no
*/
public void del(int no){
//定义临时变量
HeroNode temp = head;
//标志,记录是否找到待删除节点
boolean flag = false;
while(true){
//判断是否到链表的最后
if(temp.next == null){
break;
}
//判断是否找到要删除的节点
if(temp.next.no == no){
//标志设置可执行
flag = true;
break;
}
//向后移动
temp = temp.next;
}
//判断标志
if(flag){
//将temp下一个引用指向temp下下个next那么中间的就没有引用了jvm就会做垃圾回收机制将其处理
temp.next = temp.next.next;
}else{
System.out.println("删除节点不存在");
}
}
/**
* 查找单链表中的倒数第k个节点[新浪面试题]
* 思路:
* 1.编写一个方法,接受head节点,同时接受一个index
* 2.index表示是倒数第index个节点
* 3.先把链表从头到尾遍历,得到链表的总的长度getLength
* 4.得到size后,我们从链表的第一个开始遍历(size - index)个,就可以得到
* 5.如果找到了,则返回该节点,否则返回null
* @param h
* @param index
* @return
*/
public static HeroNode findLastIndexNode(HeroNode h,int index){
//判断如果链表为空,则返回Null
if(h.next == null){
return null;
}
//第一个遍历得到链表的长度(节点个数)
int size = getLength(h);
//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;
}
//定义辅助变量,for循环定位到倒数的index数据
HeroNode cur = h.next;
for(int i = 0;i < size - index;i ++){
cur = cur.next;
}
return cur;
}
/**
* 方法:获取到单链表的节点的个数(如果是带头节点的链表,需求不统计头节点)
* @param h 链表的头节点
* @return 返回的就是有效节点的个数
*/
public static int getLength(HeroNode h){
//空链表直接返回0
if(h.next == null){
return 0;
}
//定义辅助变量,没有统计头节点,通过h.next直接获取下一个节点的数据
HeroNode temp = h.next;
int count = 0;
while(temp != null){
count++;
temp = temp.next;
}
//返回有效的个数
return count;
}
/**
* 显示链表的数据[遍历]
*/
public void list(){
//判断链表是否为空
if(head.next == null){
System.out.println("链表为空");
return;
}
//因为头节点不能动,因此我们需要一个辅助变量来进行遍历
HeroNode temp = head.next;
while(true){
//判断是否到链表的最后
if(temp == null){
//结束循环
break;
}
//输出节点信息
System.out.println(temp);
//将temp向后移动,不后移就是死循环
temp = temp.next;
}
}
}
//定义HeroNode 每个 HeroNode对象就是一个节点
class HeroNode {
public int no;
public String name;
public String nickName;
//指向下一个节点
public HeroNode next;
//构造器 初始化
public HeroNode(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 + '\'' +
'}';
}
}
双向链表应用实例
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,查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).
- 示意图帮助理解删除
分析 双向链表的遍历,添加,修改,删除的操作思路===》代码实现
- 遍历 方和 单链表一样,只是可以向前,也可以向后查找
- 添加 (默认添加到双向链表的最后)
- 先找到双向链表的最后这个节点
- temp.next = newHeroNode
- newHeroNode.pre = temp;
- 修改 思路和 原来的单向链表一样.
- 删除
- 因为是双向链表,因此,我们可以实现自我删除某个节点
- 直接找到要删除的这个节点,比如temp temp.pre.next = temp.next temp.next.pre = temp.pre;
代码实现:
@SuppressWarnings("all")
public class DoubleLinkedListDemo {
public static void main(String ... args){
System.out.println("双向链表的测试");
DoubleLinkedList du = new DoubleLinkedList();
HeroNode01 h = new HeroNode01(1,"松江","及时雨");
HeroNode01 h1 = new HeroNode01(2,"卢俊义","玉麒麟");
HeroNode01 h2 = new HeroNode01(3,"吴用","智多星");
HeroNode01 h3 = new HeroNode01(4,"林冲","豹子头");
du.addByOrder(h);
du.addByOrder(h3);
du.addByOrder(h2);
du.addByOrder(h1);
// System.out.println("修改前的数据");
du.list();
// HeroNode01 h01 = new HeroNode01(2,"小卢","玉麒麟~~");
// du.update(h01);
// System.out.println("修改后的数据");
// du.list();
//
// du.del(1);
// du.del(3);
// System.out.println("删除后的数据");
// du.list();
}
}
class DoubleLinkedList {
//初始化头节点,这个节点不动
HeroNode01 head = new HeroNode01(0,"","");
//返回头节点
public HeroNode01 getHead(){
return head;
}
/**
* 有序添加元素
* @param h
*/
public void addByOrder(HeroNode01 h){
HeroNode01 temp = head;
boolean flag = false;
while(true){
if(temp.next == null){
break;
}
if(temp.next.no > h.no){
break;
}else if(temp.next.no == h.no){
flag = true;
break;
}
temp = temp.next;
}
if(flag){
System.out.printf("节点的主键(%d)存在重复",temp.next.no);
}else{
/**
* 为防止出现空指针情况,需要对temp节点位置进行判断
* 若双向链表尚未达尾端,则需要将h节点与其相邻的后面的节点进行连接
*/
if(temp.next != null){
h.next = temp.next;
temp.next.pre = h;
}
//无论双向链表是否达尾端,都需要将h节点与其相邻的前面的节点进行连接
temp.next = h;
h.pre = temp;
}
}
/**
* 双向链表删除节点
* 说明:
* 1.对于双向链表,我们可以直接找到要删除这个节点
* 2.找到后,自我删除即可,而不用说找到删除节点的前一个节点然后进行删除
* @param no
*/
public void del(int no){
HeroNode01 temp = head.next;
if(head.next == null){
System.out.println("链表为空");
return;
}
boolean flag = false;
while(true){
if(temp == null){
break;
}
if(temp.no == no){
flag = true;
break;
}
temp = temp.next;
}
if(flag){
/**
* 如果删除最后一个节点
* 让当前要删除的节点的前一个节点的next指向下一个节点
* 而后一个节点是null所以next为null
*/
temp.pre.next = temp.next;
/**
* 如果是最后一个节点执行下面操作会出现异常
* 最后一个节点的next是空的
* 所以next为null就不可能有pre因此就产生了问题
* 最后一个节点的时候就不需要执行下面的操作了,否则报错PointerException
* 判断后一个节点是否为null解决报错问题
*/
if(temp.next != null){
temp.next.pre = temp.pre;
}
}else{
System.out.println("没有可删除节点");
}
}
public void update(HeroNode01 n){
boolean flag = false;
if(head.next == null){
System.out.println("链表为空");
return ;
}
HeroNode01 temp = head.next;
while(true){
if(temp.next == null){
break;
}
if(temp.no == n.no){
flag = true;
break;
}
temp = temp.next;
}
if(flag){
temp.name = n.name;
temp.nickName = n.nickName;
System.out.println("修改的编号为:"+temp.no);
}else{
System.out.println("没有可修改的编号");
}
}
//双向链表的添加
public void add(HeroNode01 h){
HeroNode01 temp = head;
while(true){
if(temp.next == null){
break;
}
temp = temp.next;
}
temp.next = h;
h.pre = temp;
}
//遍历双向链表的数据
public void list(){
//判断链表是否为空
if(head.next == null){
System.out.println("链表为空");
return ;
}
//因为头结点不能动,所以需要使用辅助变量
HeroNode01 temp = head.next;
while(true){
//遍历是否循环到链表最后
if(temp == null){
break;
}
System.out.println(temp);
temp = temp.next;
}
}
}
class HeroNode01 {
//指向下一个节点,默认为null
public HeroNode01 next;
//指向前一个节点,默认为null
public HeroNode01 pre;
public int no;
public String name;
public String nickName;
public HeroNode01(int no, String name, String nickName) {
this.no = no;
this.name = name;
this.nickName = nickName;
}
@Override
public String toString() {
return "HeroNode01{"+
"no=" + no +
", name='" + name + '\'' +
", nickName='" + nickName + '\'' +
'}';
}
}
单向环形链表应用场景
Josephu(约瑟夫、约瑟夫环) 问题
Josephu 问题为:设编号为1,2,… n的n个人围坐一圈,约定编号为k(1<=k<=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。
提示:用一个不带头结点的循环链表来处理Josephu 问题:先构成一个有n个结点的单循环链表,然后由k结点起从1开始计数,计到m时,对应结点从链表中删除,然后再从被删除结点的下一个结点又从1开始计数,直到最后一个结点从链表中删除算法结束。
单向环形链表介绍
Josephu问题
ØJosephu 问题
Josephu 问题为:设编号为1,2,… n的n个人围坐一圈,约定编号为k(1<=k<=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。
Ø提示
用一个不带头结点的循环链表来处理Josephu 问题:先构成一个有n个结点的单循环链表,然后由k结点起从1开始计数,计到m时,对应结点从链表中删除,然后再从被删除结点的下一个结点又从1开始计数,直到最后一个结点从链表中删除算法结束。
Ø示意图说明
约瑟夫问题-创建环形链表的思路图解:
约瑟夫问题-小孩出圈的思路分析图:
Josephu代码实现:
package com.atguigu.linkedlist;
public class Josepfu {
public static void main(String[] args) {
// 测试一把看看构建环形链表,和遍历是否ok
CircleSingleLinkedList circleSingleLinkedList = new CircleSingleLinkedList();
circleSingleLinkedList.addBoy(125);// 加入5个小孩节点
circleSingleLinkedList.showBoy();
//测试一把小孩出圈是否正确
circleSingleLinkedList.countBoy(10, 20, 125); // 2->4->1->5->3
//String str = "7*2*2-5+1-5+3-3";
}
}
// 创建一个环形的单向链表
class CircleSingleLinkedList {
// 创建一个first节点,当前没有编号
private Boy first = null;
// 添加小孩节点,构建成一个环形的链表
public void addBoy(int nums) {
// nums 做一个数据校验
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
// 使用for来创建我们的环形链表
for (int i = 1; i <= nums; i++) {
// 根据编号,创建小孩节点
Boy boy = new Boy(i);
// 如果是第一个小孩
if (i == 1) {
first = boy;
first.setNext(first); // 构成环
curBoy = first; // 让curBoy指向第一个小孩
} 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("没有任何小孩~~");
return;
}
// 因为first不能动,因此我们仍然使用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) {
// 先对数据进行校验
if (first == null || startNo < 1 || startNo > nums) {
System.out.println("参数输入有误, 请重新输入");
return;
}
// 创建要给辅助指针,帮助完成小孩出圈
Boy helper = first;
// 需求创建一个辅助指针(变量) helper , 事先应该指向环形链表的最后这个节点
while (true) {
if (helper.getNext() == first) { // 说明helper指向最后小孩节点
break;
}
helper = helper.getNext();
}
//小孩报数前,先让 first 和 helper 移动 k - 1次
for(int j = 0; j < startNo - 1; j++) {
//first和helper一块向后移动它们两个始终都是围绕着我个环形first为头helper为绕环形最后一个
first = first.getNext();
helper = helper.getNext();
}
//当小孩报数时,让first 和 helper 指针同时 的移动 m - 1 次, 然后出圈
//这里是一个循环操作,知道圈中只有一个节点
while(true) {
if(helper == first) { //说明圈中只有一个节点
break;
}
//让 first 和 helper 指针同时 的移动 countNum - 1
for(int j = 0; j < countNum - 1; j++) {
first = first.getNext();
helper = helper.getNext();
}
//这时first指向的节点,就是要出圈的小孩节点
System.out.printf("小孩%d出圈\n", first.getNo());
//这时将first指向的小孩节点出圈
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;
}
}
文档信息
- 本文作者:Dkx
- 本文链接:https://pigpigletsgo.github.io/dou_note.github.io/2023/12/27/lianbiao-danxianglinabiao-huanxinglianbiao/
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