尚硅谷算法与数据结构学习笔记02 -- 单链表

Posted 2021-11-06 exodus3

1、链表(Linked List)介绍

1.1、内存结构

• 内存上来看：链表存储空间不连续（不像数组）

1.2、逻辑结构

• 逻辑上来看：链表属于线性结构

1.3、链表特点

• 链表是以节点的方式来存储，是链式存储
• data 域存放数据，next 域指向下一个节点
• 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

2、链表应用场景

2.1、水浒英雄榜

• 使用带 head 头的单向链表实现【水浒英雄排行榜管理】

2.2、链表节点定义

• no ：英雄编号
• name ：英雄名字
• nickName ：英雄昵称
• next ：指向下一个 HeroNode 节点

//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;
	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;
	}

	// 为了显示方法，我们重写toString
	@Override
	public String toString() {
		return "HeroNode [no=" + no + ", name=" + name + ", nickName=" + nickName + "]";
	}
}

2.3、链表定义

• DummyHead ：头结点不存放数据，仅仅作为当前链表的入口
• head 字段的值不能改变，一旦改变，就丢失了整个链表的入口，我们也就无法通过 head 找到链表了

//定义SingleLinkedList 管理我们的英雄
class SingleLinkedList {
	// 先初始化一个头节点, 头节点不要动, 不存放具体的数据
	private HeroNode head = new HeroNode(0, "", "");

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

2.4、遍历链表

2.4.1、代码思路

• 定义辅助变量 temp ，相当于一个指针，指向当前节点
• 何时遍历完成？temp == null 表明当前节点为 null ，即表示已到链表末尾
• 如何遍历？temp = temp.next ，每次输出当前节点信息之后，temp 指针后移

2.4.2、代码实现

• 遍历链表

// 显示链表[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;
	}
}

2.5、尾部插入

2.5.1、代码思路

• 定义辅助变量 temp ，相当于一个指针，指向当前节点
• 如何在链表末尾插入节点？
  • 首先需要遍历链表，找到链表最后一个节点，当 temp.next == null时，temp 节点指向链表最后一个节点
  • 然后在 temp 节点之后插入节点即可：temp.next = heroNode

2.5.2、代码实现

• 在链表尾部插入节点

// 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
public void add(HeroNode heroNode) {

    // 因为head节点不能动，因此我们需要一个辅助遍历 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, 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;
}

• 测试代码

public static void main(String[] args) {
	// 进行测试
	// 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");

	// 创建要给链表
	SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();

	// 加入
	singleLinkedList.add(hero1);
	singleLinkedList.add(hero2);
	singleLinkedList.add(hero3);
	singleLinkedList.add(hero4);

	singleLinkedList.list();
}

• 程序运行结果

HeroNode [no=1, name=宋江, nickName=及时雨]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickName=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickName=智多星]
HeroNode [no=4, name=林冲, nickName=豹子头]

2.6、按顺序插入

2.6.1、代码思路

• 定义辅助变量 temp ，相当于一个指针，指向当前节点
• 应该如何执行插入？（待插入节点为 heroNode）
  • 首先需要遍历链表，找到链表中编号值比 heroNode.no 大的节点，暂且叫它 biggerNode ，然后把 heroNode 插入到 biggerNode 之前即可
  • 怎么找 biggerNode ？当 temp.next.no > heroNode.no 时，这时 temp.next 节点就是 biggerNode 节点。
  • 为什么是 temp.next 节点？只有找到 temp 节点和 temp.next（biggerNode ）节点，才能在 temp 节点和 temp.next 节点之间插入 heroNode 节点
  • 怎么插入？
    • heroNode .next = temp.next;
    • temp.next = heroNode;

2.6.2、代码实现

• 按照英雄排名的顺序进行插入

// 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)
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，因为我们找的temp 是位于 添加位置的前一个节点，否则插入不了
    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; // 标识编号存在
            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;
    }
}

• 测试代码

public static void main(String[] args) {
    // 进行测试
    // 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");

    // 创建要给链表
    SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();

    // 加入按照编号的顺序
    singleLinkedList.addByOrder(hero1);
    singleLinkedList.addByOrder(hero4);
    singleLinkedList.addByOrder(hero2);
    singleLinkedList.addByOrder(hero3);

    // 显示数据
    singleLinkedList.list();
}

• 程序运行结果

HeroNode [no=1, name=宋江, nickName=及时雨]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickName=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickName=智多星]
HeroNode [no=4, name=林冲, nickName=豹子头]

2.7、修改节点信息

2.7.1、代码思路

• 定义辅助变量 temp ，相当于一个指针，指向当前节点
• 如何找到指定节点？temp.no = newHeroNode.no

2.7.2、代码实现

• 修改指定节点信息

// 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 newHeroNode 的 no 来修改即可
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);
   }
}

• 测试代码

public static void main(String[] args) {
    // 进行测试
    // 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");

    // 创建要给链表
    SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();

    // 加入按照编号的顺序
    singleLinkedList.addByOrder(hero1);
    singleLinkedList.addByOrder(hero4);
    singleLinkedList.addByOrder(hero2);
    singleLinkedList.addByOrder(hero3);

    // 测试修改节点的代码
    HeroNode newHeroNode = new HeroNode(2, "小卢", "玉麒麟~~");
    singleLinkedList.update(newHeroNode);

    singleLinkedList.list();
}

• 程序运行结果

HeroNode [no=1, name=宋江, nickName=及时雨]
HeroNode [no=2, name=小卢, nickName=玉麒麟~~]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickName=智多星]
HeroNode [no=4, name=林冲, nickName=豹子头]

2.8、删除节点

2.8.1、代码思路

• 定义辅助变量 temp ，相当于一个指针，指向当前节点
• 如何找到待删除的节点？遍历链表，当 temp.next == no 时，temp.next 节点就是待删除的节点
• 如何删除？temp = temp.next.next 即可删除 temp.next 节点，该节点没有引用指向它，会被垃圾回收机制回收
  

2.8.2、代码实现

• 删除指定节点

// 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
public void del(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);
    }
}

• 测试代码

public static void main(String[] args) {
    // 进行测试
    // 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");

    // 创建要给链表
    SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();

    // 加入
    singleLinkedList.add(hero1);
    singleLinkedList.add(hero2);
    singleLinkedList.add(hero3);
    singleLinkedList.add(hero4);

    // 删除节点
    singleLinkedList.del(1);
    singleLinkedList.del(4);

    singleLinkedList.list();
}

• 程序运行结果

HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickName=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickName=智多星]

2.9、总结

• 遍历链表，执行操作时，判断条件有时候是 temp ，有时候是 temp.next ，Why？
  • 对于插入、删除节点来说，需要知道当前待操作的节点（heroNode）前一个节点的地址（指针），如果直接定位至当前待操作的节点 heroNode ，那没得玩。。。因为不知道heroNode 前一个节点的地址，无法进行插入、删除操作，所以 while 循环中的条件使用 temp.next 进行判断
  • 对于更新、遍历操作来说，我需要的仅仅就只是当前节点的信息，所以 while 循环中的条件使用 temp进行判断
• 头结点与首节点
  • 参考资料：https://blog.csdn.net/WYpersist/article/details/80288056
  • 头结点是为了操作的统一与方便而设立的，放在第一个元素结点之前，其数据域一般无意义（当然有些情况下也可存放链表的长度、用做监视哨等等）。
  • 首元结点也就是第一个元素的结点，它是头结点后边的第一个结点。

3、单链表面试题

3.1、求单链表中有效节点的个数

3.1.1、代码思路

• 求单链表中有效节点的个数：遍历即可

3.1.2、代码实现

• 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(如果是带头结点的链表，需求不统计头节点)
/**
 * 
 * @param head 链表的头节点
 * @return 返回的就是有效节点的个数
 */
public static int getLength(HeroNode head) {
	if (head.next == null) { // 空链表
		return 0;
	}
	int length = 0;
	// 定义一个辅助的变量, 这里我们没有统计头节点
	HeroNode cur = head.next;
	while (cur != null) {
		length++;
		cur = cur.next; // 遍历
	}
	return length;
}

• 测试代码

public static void main(String[] args) {
    // 进行测试
    // 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");

    // 创建要给链表
    SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();

    // 加入
    singleLinkedList.add(hero1);
    singleLinkedList.add(hero2);
    singleLinkedList.add(hero3);
    singleLinkedList.add(hero4);

    singleLinkedList.list();

    // 测试一下 求单链表中有效节点的个数
    System.out.println("有效的节点个数=" + getLength(singleLinkedList.getHead()));
}

• 程序运行结果

HeroNode [no=1, name=宋江, nickName=及时雨]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickName=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickName=智多星]
HeroNode [no学习数据结构笔记=====＞链表

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