尚硅谷算法与数据结构学习笔记03 -- 双向链表

Posted 2021-11-09 exodus3

4、双向链表

4.1、与单向链表的比较

• 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)

4.2、链表节点定义

• 在单向链表节点的基础上，增加 pre ，用于指向前一个节点

// 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, 默认为null
	public HeroNode pre; // 指向前一个节点, 默认为null
	// 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，我们重新toString
	@Override
	public String toString() {
		return "HeroNode [no=" + no + ", name=" + name + ", nickname=" + nickname + "]";
	}

}

4.3、链表定义

• 定义整个链表的头结点，作为链表的入口

// 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;
	}
    
    // ...

4.4、链表遍历

4.4.1、代码思路

• 定义辅助变量 temp ，相当于一个指针，指向当前节点 ，用于遍历链表
• 何时停止 while 循环？temp == null ：已经遍历至链表尾部

4.4.2、代码实现

// 遍历双向链表的方法
// 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;
    }
}

4.5、尾部插入

4.5.1、代码思路

• 定义辅助变量 temp ，相当于一个指针，指向当前节点
• 何时停止 while 循环？temp.next == null ：temp 节点已经是链表最后一个节点，在 temp 节点之后插入 heroNode 节点即可
• 如何插入？
  • temp.next 指向新的尾节点 heroNode ：temp.next = heroNode;
  • heroNode .pre 指向旧的尾节点 temp ：heroNode.pre = temp;

4.5.2、代码实现

• 在链表尾部插入节点

// 添加一个节点到双向链表的最后.
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
    // 形成一个双向链表
    temp.next = heroNode;
    heroNode.pre = temp;
}

4.6、按顺序插入

4.6.1、代码思路

• 定义辅助变量 temp ，相当于一个指针，指向当前节点

• 我们将 heroNode 节点插入到 temp 节点之后还是 temp 节点之前？

  • 如果插入到 temp 节点之后：
    • 判断条件：temp.next.no > heroNode.no ，即 temp 的下一个节点的值比 heroNode 节点的值大，所以需要将 heroNode 插入到 temp 节点之后
  • while 循环终止条件：
    • temp.next == null ：temp 节点已经是链表的尾节点
    • temp.next.no > heroNode.no ：heroNode 节点的值介于 temp 节点的值和 temp 下一个节点的值之间
    • temp.next.no == heroNode.no ：heroNode 节点的值等于 temp 下一个节点的值，不能进行插入

  

  • 如果插入到 temp 节点之前：
    • 判断条件：temp.no > heroNode.no ，即 temp 节点的值比 heroNode 节点的值大，所以需要将 heroNode 插入到 temp 节点之前
    • 存在的问题：如果需要在链表尾部插入 heroNode 节点，即需要在 null 节点之前插入 heroNode 节点，定位至 null 节点将丢失其前一个节点的信息（除非使用一个变量保存起来），所以跳出循环的判断条件为：temp.next == null
    • 所以我们选取：【插入到 temp 节点之后】方案

4.6.2、代码实现

• 代码

// 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
    // 目标：在 temp 的后面插入节点
    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 指向 temp 节点的下一个节点
        heroNode.next = temp.next;
        if(temp.next != null) {
            temp.next.pre = heroNode;
        }

        // temp 节点指向 heroNode 节点
        temp.next = heroNode;
        heroNode.pre = temp;
    }
}

4.7、修改节点信息

4.7.1、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 == no

4.7.2、代码实现

• 修改指定节点的信息

// 修改一个节点的内容, 可以看到双向链表的节点内容修改和单向链表一样
// 只是 节点类型改成 HeroNode2
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);
    }
}

4.8、删除节点

4.8.1、代码思路

• 定义辅助变量 temp ，相当于一个指针，指向当前节点
• while 循环的终止条件？由于 temp 节点就是待删除节点，所以终止条件是：temp == null
• 为何双向链表，可以实现自我删除？定位至待删除的节点 temp ，由于temp 节点有其前一个节点和后一个节点的信息，所以可实现自我删除
• 如何删除？
  • temp 的前一个节点的 next 域指向 temp 的后一个节点：temp.pre.next = temp.next;
  • temp 的后一个节点的 pre 域指向 temp 的前一个节点：temp.next.pre = temp.pre;
    • 有个地方需要注意，如果 temp 已经是链表尾节点，temp 已经没有下一个节点
    • 这时只需要将 temp 的前一个节点的 next 指向 null 即可
    • 所以 temp.next.pre = temp.pre; 执行的前提条件是 temp.next != null

4.8.2、代码实现

• 删除指定节点

// 从双向链表中删除一个节点,
// 说明
// 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;
    }

    HeroNode 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);
    }
}

4.9、双向链表测试

4.9.1、测试代码

public static void main(String[] args) {
    // 测试
    System.out.println("双向链表的测试");
    
    // 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(5, "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();

    // 测试按需插入
    doubleLinkedList.addByOrder(new HeroNode(4, "Heygo", "Heygogo"));
    doubleLinkedList.addByOrder(new HeroNode(6, "Oneby", "Onebyone"));
    System.out.println("按顺序插入后的情况");
    doubleLinkedList.list();

    // 修改
    HeroNode newHeroNode = new HeroNode(5, "公孙胜", "入云龙");
    doubleLinkedList.update(newHeroNode);
    System.out.println("修改后的链表情况");
    doubleLinkedList.list();

    // 删除
    doubleLinkedList.del(3);
    System.out.println("删除后的链表情况~~");
    doubleLinkedList.list();
}

4.9.2、程序运行结果

双向链表的测试
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=5, name=林冲, nickname=豹子头]
按顺序插入后的情况
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=Heygo, nickname=Heygogo]
HeroNode [no=5, name=林冲, nickname=豹子头]
HeroNode [no=6, name=Oneby, nickname=Onebyone]
修改后的链表情况
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=Heygo, nickname=Heygogo]
HeroNode [no=5, name=公孙胜, nickname=入云龙]
HeroNode [no=6, name=Oneby, nickname=Onebyone]
删除后的链表情况~~
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=及时雨]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickname=玉麒麟]
HeroNode [no=4, name=Heygo, nickname=Heygogo]
HeroNode [no=5, name=公孙胜, nickname=入云龙]
HeroNode [no=6, name=Oneby, nickname=Onebyone]

4.10、双向链表所有代码

public class DoubleLinkedListDemo {

	public static void main(String[] args) {
		// 测试
		System.out.println("双向链表的测试");
		// 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(5, "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();

		// 测试按需插入
		doubleLinkedList.addByOrder(new HeroNode(0, "Kobe", "BlackMamba"));
		doubleLinkedList.addByOrder(new HeroNode(4, "Heygo", "Heygogo"));
		doubleLinkedList.addByOrder(new HeroNode(6, "Oneby", "Onebyone"));
		System.out.println("按顺序插入后的情况");
		doubleLinkedList.list();

		// 修改
		HeroNode newHeroNode = new HeroNode(5, "公孙胜", "入云龙");
		doubleLinkedList.update(newHeroNode);
		System.out.println("修改后的链表情况");
		doubleLinkedList.list();

		// 删除
		doubleLinkedList.del(3);
		System.out.println("删除后的链表情况~~");
		doubleLinkedList.list();
	}

}

// 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;
	}

	// 遍历双向链表的方法
	// 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;
		}
	}

	// 添加一个节点到双向链表的最后.
	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) {以上是关于尚硅谷算法与数据结构学习笔记03 -- 双向链表的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
 
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