java算法--链表

Posted 2021-03-06 TimothyRasinski

虽然这个文章看着很多,但是大多是对于细节的讲解,如果想要快速了解,可以直接观看末尾代码.上面的代码内容都是来自于文章末尾的代码.

很重要的算法，也是比较简单的算法。

但是在java中，因为不存在c和c++中指针这个东西.

链表是一种物理存储单元上非连续、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。链表由一系列结点（链表中每一个元素称为结点）组成，结点可以在运行时动态生成。每个结点包括两个部分：一个是存储数据元素的数据域，另一个是存储下一个结点地址的指针域。 相比于线性表顺序结构，操作复杂。由于不必须按顺序存储，链表在插入的时候可以达到O(1)的复杂度，比另一种线性表顺序表快得多，但是查找一个节点或者访问特定编号的节点则需要O(n)的时间，而线性表和顺序表相应的时间复杂度分别是O(logn)和O(1)。

java中的指针都是靠其他方式模拟的.比如之前的队列指针是依靠数组下标代替的.

在链表中,java也采用了一种独特的方式来解决这个问题.

以下是链表结构:

class HeroNode{
    public int no;
    public String name;
    public String nickname;
    public HeroNode next;//指向下一个节点
}

这个代码本身就是一道题,名字起的有点奇怪~~~.

第2,3,4行比较好理解,就是链表中所保存的数据.

第五行复杂一些.

我们发现其中第5行有一个

public HeroNode next;//指向下一个节点

这里面实际上存储的是下一个节点的引用.

在C中,指针储存的是下一个地址,只不过在java中并不能直接操作地址,只能操作引用.所以将下一个位置的引用直接给next,要想找到下一个节点就直接调用这个next就知道了.

没错,实际上这个节点中的next值包含着下一个节点.

实际上你可以这么理解:

(实际上如果你在idea中debug的话,应该也是如此.)

因为java中操作的都是引用,实际上并不耗费太多空间

既然知道了这点,我们可以写构造函数了

   //构造器

    public HeroNode(int no, String name, String nickname) {
        this.no = no;
        this.name = name;
        this.nickname = nickname;
    }
//这个要传入的值主要是这个链表节点的val.

为了能让节点被打印出来,我们也要写一个toString办法

   public String toString() {
        return "HeroNode{" +
                "no=" + no +
                ", name='" + name + ''' +
                ", nickname='" + nickname + ''' +
                '}';
    }
    //为了显示方法，我们重新toString

就这样我们已经将我们的节点定义完毕.

之后就要写节点的功能了.

第一步就是初始化头节点,以及获取头节点的功能.

这个功能还是很用用处的.可以直接找到链表的开头,省去还要保存头节点的麻烦.

在leetcode里面你会遇见这种问题.

/初始化一個頭結點
    private HeroNode head=new HeroNode(0,"","");
//返回头节点
    public HeroNode getHead() {
        return head;
    }

这个步骤完成就该制作添加方式了

就是这个步骤.

要明确一下,这个并不是在链表中间插入节点而是在链表的最后加入节点.

也就说只需要遍历整个链表,到尾部位置.

ADD

/添加節點到單項列表
    //思路当不考虑编号顺序时
    //1.找到当前链表的最后的节点
    //2.将最后这个节点的next指向新的节点

    public void add(HeroNode heroNode){
        //因为head节点不能动,因此我们需要一个辅助的遍历temp
        HeroNode temp=head;
        //遍历链表找到最后
        while (true){
            //找到链表的最后了
            if (temp.next==null){
                //
                break;
            }
            temp=temp.next;
            //如果没有找到最后
        }
        temp.next=heroNode;
    }

ADDBYORDER

这种方式是按顺序加入到链表中.

采用的方式

temp指针用来寻找需要插入的位置.

找到之后将node1的next指针指向要插入的节点node2(将node2的引用存入node1的next种),将node2的next指向节点node3(将node3的引用存到节点node2的next中)

概念比较简单.

代码里面有解释的,分开说恐怕会说乱.

 //第二种方式添加英雄时,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.)
    public void addByOrder(HeroNode heroNode){
      //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,因为我们找到的temp时位于添加位置的前一个节点,否则加插入不了.
        HeroNode temp=head;
        boolean flag=false;//添加的编号是否存在,默认为false
        //这个循环就是找位置,并不是找到位置直接插入,这也是为什么break,找到位置就跳出
        while(true){
            if(temp.next==null){
                //说明temp已经到了链表的最后了
                break;
            }
            if(temp.next.no>heroNode.no){
                //位置找到,就到temp的后面插入.因为要按顺序插入,所以找到第一个比要插入节点大的节点.
                break;
            }else if(temp.next.no==heroNode.no){
                flag=true;
                break;

            }
            temp=temp.next;
        }
        //判断falg的值
        if(flag){
            //不能添加,说明编号存在
            System.out.printf("准备插入的英雄的编号%d 已经存在了,不能加入
",heroNode.no);
        }else{
            heroNode.next=temp.next;//将加入节点的指针指向下一个节点(temp.next是一个值,表示temp下一个节点)
            temp.next=heroNode;//(temp.next在这里是一个指针)
        }
    }

删除节点

删除节点思路其实比较简单就是让temp辅助节点找到想要删除的位置的前一个位置.

temp.next.no==no

找到之后将temp的(要删除目标前一个的)next指向要删除目标的next(要删除目标的下一个).

即:

temp.next=temp.next.next;

这里插一嘴:

在链表中移动依靠的是不断的将链表的next赋给自己.

 temp=temp.next;//temp后移,遍历

就像之前说到的一样,因为next存的是引用.所以在每个next中都包含着下一个链表节点的地址,于是就可以不断地调用,直到链表的最后.

LIST()

显示链表中所有的元素.

这个依靠的就是上面讲得移动方法.

 public void list(){
        //先判断链表是否为空
        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遍历
        HeroNode temp=head.next;
        while (true){
            //判断是否到链表最后
            if(temp==null){
                break;
            }
            //输出节点信息(因为已经重写节点的toString了)
            System.out.println(temp);
            //将temp向后移,
            temp=temp.next;
        }
    }
}

以上就是全部内容

下面放上完整代码

package linkdelist;

public class SingleLinkedListDemo {
    public static void main(String[] args) {
//进行测试
        //先创建节点
        HeroNode heroNode1 = new HeroNode(1, "宋江", "及时雨");
        HeroNode heroNode2 = new HeroNode(2, "卢俊义", "玉麒麟");
        HeroNode heroNode3 = new HeroNode(3, "吴用", "智多星");
        HeroNode heroNode4 = new HeroNode(4, "林冲", "豹子头");
        //创建一个链表
        SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
//        singleLinkedList.add(heroNode1);
//        singleLinkedList.add(heroNode2);
//        singleLinkedList.add(heroNode3);
//        singleLinkedList.add(heroNode4);
        //加入按照编号的顺序
        singleLinkedList.addByOrder(heroNode1);
        singleLinkedList.addByOrder(heroNode4);
        singleLinkedList.addByOrder(heroNode2);
        singleLinkedList.addByOrder(heroNode3);
        //显示一把
        singleLinkedList.list();
       //测试修改节点的代码
        HeroNode newheroNode = new HeroNode(2, "小路", "小尾巴");
singleLinkedList.update(newheroNode);
        System.out.println("修改后链表");
        singleLinkedList.list();
        //删除一个节点
        System.out.println("删除一个");
        singleLinkedList.del(4);
        singleLinkedList.list();
        System.out.println();
        System.out.println(getLength(singleLinkedList.getHead()));//2
        //测试一下看看是否得到了倒数第k个节点
        HeroNode res=findLastIndexNode(singleLinkedList.getHead(),2);
        System.out.println(res);
    }
    //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)
    /**
     *heronode链表的头节点
     * 返回有效节点的个数.
     */
    public static int getLength(HeroNode heroNode){
        if (heroNode.next==null){
            return 0;
        }
        int length=0;
        //定义一个辅助变量,这里我们没有统计头节点
        HeroNode cur=heroNode.next;
        while(cur!=null){
            length++;
            cur=cur.next;
        }
        return length;
    }




//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.inidex表示的是倒数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,从链表的第一个开始遍历,(size-index个),就可以得到了
public static HeroNode findLastIndexNode(HeroNode head,int index){
        //如果链表为空,返回null
    if(head.next==null){
        return null;//没有找到
    }
    //第一个遍历得到链表的长度
    int size=getLength(head);
    //第二次遍历,size-index位置,这就是我们倒数的第k个节点
    //先做一个index的校验
    if(index<=0||index>size){
        return null;
    }
    //定义一个辅助变量,for循环定位到倒数的index
    HeroNode cur=head.next;
    for(int i=0;i<size-index;i++){
        cur=cur.next;
    }
    return  cur;
}
}

//定义SingleLinkedList管理我們的英雄
class SingleLinkedList{
    //初始化一個頭結點
    private HeroNode head=new HeroNode(0,"","");
//返回头节点
    public HeroNode getHead() {
        return head;
    }

    //添加節點到單項列表
    //思路当不考虑编号顺序时
    //1.找到当前链表的最后的节点
    //2.将最后这个节点的next指向新的节点

    public void add(HeroNode heroNode){
        //因为head节点不能动,因此我们需要一个辅助的遍历temp
        HeroNode temp=head;
        //遍历链表找到最后
        while (true){
            //找到链表的最后了
            if (temp.next==null){
                //
                break;
            }
            temp=temp.next;
            //如果没有找到最后
        }
        temp.next=heroNode;
    }
    //第二种方式添加英雄时,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.)
    public void addByOrder(HeroNode heroNode){
      //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,因为我们找到的temp时位于添加位置的前一个节点,否则加插入不了.
        HeroNode temp=head;
        boolean flag=false;//添加的编号是否存在,默认为false
        //这个循环就是找位置,并不是找到位置直接插入,这也是为什么break,找到位置就跳出
        while(true){
            if(temp.next==null){
                //说明temp已经到了链表的最后了
                break;
            }
            if(temp.next.no>heroNode.no){
                //位置找到,就到temp的后面插入.因为要按顺序插入,所以找到第一个比要插入节点大的节点.
                break;
            }else if(temp.next.no==heroNode.no){
                flag=true;
                break;

            }
            temp=temp.next;
        }
        //判断falg的值
        if(flag){
            //不能添加,说明编号存在
            System.out.printf("准备插入的英雄的编号%d 已经存在了,不能加入
",heroNode.no);
        }else{
            heroNode.next=temp.next;//将加入节点的指针指向下一个节点(temp.next是一个值,表示temp下一个节点)
            temp.next=heroNode;//(temp.next在这里是一个指针)
        }
    }
    //修改节点的信息,根据编号来修改,既no编号不能改
    //说明
    //1.根据newHeroNode的no来修改即可
    public void update(HeroNode newHeroNode){
        if (head.next==null){
            System.out.println("链表为空");
        return;
        }
        //找到需要的节点,根据no编号
        //定义一个辅助变量
        HeroNode temp=head.next;
        boolean flag=false;//表示是否找到该节点
        while(true){
            if(temp==null){
                break;//到链表的遍历完毕了.
            }
            if(temp.no==newHeroNode.no){
                //找到了
                flag=true;
                break;
            }
            temp=temp.next;
        }
        //根据flag判断是否找到要修改的节点
        if (flag){
            temp.name=newHeroNode.name;
            temp.nickname=newHeroNode.nickname;
        }else{
            //没有找到
            System.out.printf("没有找到编号等于%d的节点
",newHeroNode.no);
        }
    }
//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
    public void del(int no){
        HeroNode temp=head;
        boolean flag=false;//标识是否找到待删除节点的
        while(true){
            if(temp.next==null){
                //已经到了链表的最后
                break;
            }
            if (temp.next.no==no){
                //找到了待删除节点的前一个结点temp
                flag=true;
                break;
            }
            temp=temp.next;//temp后移,遍历
        }
        //判断flag
        if(flag){
            temp.next=temp.next.next;
        }else{
            System.out.printf("要删除的%d节点不存在
",no);
        }
    }

    //显示链表
    public void list(){
        //先判断链表是否为空
        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遍历
        HeroNode temp=head.next;
        while (true){
            //判断是否到链表最后
            if(temp==null){
                break;
            }
            //输出节点信息(因为已经重写节点的toString了)
            System.out.println(temp);
            //将temp向后移,
            temp=temp.next;
        }
    }
}
//定义一个heronode（链表节点），每个heronode对象就是一个节点
class HeroNode{
    public int no;
    public String name;
    public String nickname;
    public HeroNode next;//指向下一个节点
    //构造器

    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 + ''' +
                '}';
    }
    //为了显示方法，我们重新toString
}