数据结构之链表（JAVA）

Posted 2021-06-20 活跃的咸鱼

tags:

篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了数据结构之链表（JAVA）相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

一，链表的介绍

什么是链表

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)。
在这里插入图片描述

链表和数组的比较

使用链表结构可以克服数组链表需要预先知道数据大小的缺点，链表结构可以充分利用计算机内存空间，实现灵活的内存动态管理。但是链表失去了数组随机读取的优点，同时链表由于增加了结点的指针域，空间开销比较大。链表最明显的好处就是，常规数组排列关联项目的方式可能不同于这些数据项目在记忆体或磁盘上顺序，数据的存取往往要在不同的排列顺序中转换。链表允许插入和移除表上任意位置上的节点，但是不允许随机存取。

一句话就是链表因为内存是动态分配的所以添加和删除快，但是查询速度慢
数组因为有索引所以查找快，但是添加和删除慢，因为每次都要创建新的数组

二，单链表的实现

单链表在内存中的情况：
在这里插入图片描述
单链表的示意图：
每个节点包含data域和next域指向下一个节点

水浒里面的英雄好汉想必大家都听过，下面用一个带head节点的链表来实现对水浒英雄排名的增删改查操作来了解单链表的操作。

//英雄节点
public class HeroNode {
    public int no;//编号
    public String name;//名字
    public String nickname;//绰号
    HeroNode next;//下一个节点

    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 + '\\'' +
                '}';
    }
}

//定义SingleLinkedList 管理好汉节点
class SingleLinkedList {
	//先初始化一个头节点, 头节点不动, 不存放具体的数据
	private HeroNode head = new HeroNode(0, "", "");
	
	
	//返回头节点
	public HeroNode getHead() {
		return head;
	}
	}

添加节点

不考虑好汉编号顺序
思路分析

找到当前链表的最后节点
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节点遍历链表
		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, 将将temp后移
			temp = temp.next;
		}
		//当退出while循环时，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 = heroNode;
	}

第二种方式考虑好汉编号顺序，根据排名将好汉插入到指定位置(如果没有这个排名，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
		HeroNode temp = head;
		boolean flag = false; // flag标志添加的编号是否存在，默认为false
		while(true) {
			if(temp.next == null) {//说明temp已经在链表的最后
				break; 
			} 
			if(temp.next.no > heroNode.no) { //位置找到，就在temp的后面插入
				break;
			} else if (temp.next.no == heroNode.no) {//说明希望添加的heroNode的编号已然存在
				
				flag = true; //说明编号存在
				break;
			}
			temp = temp.next; //后移，遍历当前链表
		}
		//判断flag 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\\n", heroNode.no);
		} else {
			//插入到链表中, temp的后面
			heroNode.next = temp.next;
			temp.next = heroNode;
		}
	}

修改节点

根据 newHeroNode 的 no 来修改

public void update(HeroNode newHeroNode) {
		//判断是否空
		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;
		boolean flag = false; //表示是否找到该节点
		while(true) {
			if (temp == null) {
				break; //已经遍历完链表
			}
			if(temp.no == newHeroNode.no) {
				//找到
				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 %d 的节点，不能修改\\n", newHeroNode.no);
		}
	}

删除节点

根据要删除的 no 来删除

public void delete(int no) {
		HeroNode temp = head;
		boolean flag = false; // 标志是否找到待删除节点的
		while(true) {
			if(temp.next == null) { //已经到链表的最后
				break;
			}
			if(temp.next.no == no) {
				//找到的待删除节点的前一个节点temp
				flag = true;
				break;
			}
			temp = temp.next; //temp后移，遍历
		}
		//判断flag
		if(flag) { //找到
			//可以删除
			temp.next = temp.next.next;
		}else {
			System.out.printf("要删除的 %d 节点不存在\\n", no);
		}
	}

查找节点

根据输入的 no 来查找

public void search(int no) {
		HeroNode temp = head;
		boolean flag = false; // 标志是否找到节点
		while(true) {
			if(temp.next == null) { //已经到链表的最后
				break;
			}
			if(temp.no == no) {
				//找到了该节点
				flag = true;
				break;
			}
			temp = temp.next; //temp后移，遍历
		}
		//判断flag
		if(flag) { 
		//找到了该节点
		System.out.printf("要查找的 %d 节点是\\n", temp);
		}else {
			System.out.printf("要查找的 %d 节点不存在\\n", no);
		}
	}

遍历链表

	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;
			}
			//输出节点的信息
			System.out.println(temp);
			//将temp后移， 一定小心
			temp = temp.next;
		}
	}
}

测试：

public static void main(String[] args) {
		//先创建节点
		HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", "及时雨");
		HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "卢俊义", "玉麒麟");
		HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吴用", "智多星");
		HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "林冲", "豹子头");
		SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
		singleLinkedList.add(hero1);
		singleLinkedList.add(hero4);
		singleLinkedList.add(hero2);
		singleLinkedList.add(hero3);
		singleLinkedList.list();
		System.out.println("删除一个节点");
		singleLinkedList.del(3);
		singleLinkedList.update(new HeroNode(1,"宋江","义薄云天"));
		singleLinkedList.list();
		
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=及时雨]
HeroNode [no=4, name=林冲, nickname=豹子头]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickname=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickname=智多星]
删除一个节点
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=义薄云天]
HeroNode [no=4, name=林冲, nickname=豹子头]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickname=玉麒麟]

三，双向链表的实现

双向链表的介绍

双向链表也叫双链表，是链表的一种，它的每个数据结点中都有两个指针，分别指向直接后继和直接前驱。所以，从双向链表中的任意一个结点开始，都可以很方便地访问它的前驱结点和后继结点。如下图所示：
在这里插入图片描述

双向链表的分析

单向链表查找的方向只有一个，而双向链表可以向前或向后查找，实现双向查找。
单向链表不能自我删除，而双向链表可以自我删除。
我们依旧通过水浒英雄的例子来实现双向链表的增删改查操作。

// 定义HeroNode2 ， 每个HeroNode 对象就是一个节点
class HeroNode2 {
	public int no;
	public String name;
	public String nickname;
	public HeroNode2 next; // 指向下一个节点, 默认为null
	public HeroNode2 pre; // 指向前一个节点, 默认为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 + "]";
	}

}

// 创建一个双向链表的类
class DoubleLinkedList {

	// 先初始化一个头节点, 头节点不动, 不存放具体的数据
	private HeroNode2 head = new HeroNode2(0, "", "");

	// 返回头节点
	public HeroNode2 getHead() {
		return head;
	}
}

遍历链表

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遍历
		HeroNode2 temp = head.next;
		while (true) {
			// 判断是否到链表最后
			if (temp == null) {
				break;
			}
			// 输出节点的信息
			System.out.println(temp);
			// 将temp后移， 一定小心
			temp = temp.next;
		}
	}

添加节点

public void add(HeroNode2 heroNode) {

		// 因为head节点不能动，因此我们需要一个辅助遍历 temp
		HeroNode2 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, 将将temp后移
			temp = temp.next;
		}
		// 当退出while循环时，temp就指向了链表的最后
		// 形成一个双向链表
		temp.next = heroNode;
		heroNode.pre = temp;
	}

修改节点

public void update(HeroNode2 newHeroNode) {
		// 判断是否空
		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
		HeroNode2 temp = head.next;
		boolean flag = false; // 表示是否找到该节点
		while (true) {
			if (temp == null) {
				break; // 已经遍历完链表
			}
			if (temp.no == newHeroNode.no) {
				// 找到
				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 %d 的节点，不能修改\\n", newHeroNode.no);
		}
	}

删除节点

// 1 对于双向链表，我们可以直接找到要删除的这个节点
	// 2 找到后，自我删除即可
	public void del(int no) {

		// 判断当前链表是否为空
		if (head.next == null) {// 空链表
			System.out.println("链表为空，无法删除");
			return;
		}

		HeroNode2 temp = head.next; // 辅助变量(指针)
		boolean flag = false; // 标志是否找到待删除节点的
		while (true) {
			if (temp == null) { // 已经到链表的最后
				break;
			}
			if (temp.no == no) {
				// 找到的待删除节点的前一个节点temp
				flag = true;
				break;
			}
			temp = temp.next; // temp后移，遍历
		}
		// 判断flag
		if (flag) { // 找到
			// 可以删除
			// temp.next = temp.next.next;[单向链表]
			temp.pre.next = temp.next;
			// 这里我们的代码有问题?
			// 如果是最后一个节点，就不需要执行下面这句话，否则出现空指针
			if (temp.next != null) {
				temp.next.pre = temp.pre;
			}
		} else {
			System.out.printf("要删除的 %d 节点不存在\\n", no);
		}
	}

测试

public static void main(String[] args) {
        // 测试
        System.out.println("双向链表的测试");
        // 先创建节点
        HeroNode2 hero1 = new HeroNode2(1, "宋江", "及时雨");
        HeroNode2 hero2 = new HeroNode2(2, "卢俊义", "玉麒麟");
        HeroNode2 hero3 = new HeroNode2(3, "吴用", "智多星");
        HeroNode2 hero4 = new HeroNode2(4, "林冲", "豹子头");
        // 创建一个双向链表
        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, "公孙胜", "入云龙");
        doubleLinkedList.update(newHeroNode)以上是关于数据结构之链表（JAVA）的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章 
 Java数据结构线性表之链表
 java数据结构之链表(java核心卷Ⅰ读书笔记)
 第二节1：Java集合框架之链表及其实现
 Java数据结构之链表
 Java数据结构之链表
 数据结构与算法(Java)之链表

数据结构之链表（JAVA）

文章目录

一，链表的介绍

什么是链表

链表和数组的比较

二，单链表的实现

添加节点

修改节点

删除节点

查找节点

遍历链表

三，双向链表的实现

双向链表的介绍

双向链表的分析

遍历链表

添加节点

修改节点

删除节点