数据结构和算法-单链表
1. 链表介绍
链表是有序的列表，但是它在内存中是存储如下
小结:
- 链表是以节点的方式存储
- 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。比如地址为150的节点下一个节点的地址不为160，而是指向地址为110的节点。
- 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。
单链表(带头结点)逻辑结构示意图如下
注意：图2中逻辑结构的连接并不是按照地址的顺序画的，而是按照每个节点的next域的内存地址连接的。真实的内存存储世图1所示
2. 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
- 完成对英雄人物的增删改查操作，注：删除和修改，查找。
- 第一种方法在添加英雄时，直接添加到链表尾部
- 第二种方法在添加英雄时，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：使用一个类来代表一个节点 其中类中的属性来表示节点中的内容
- 添加（创建）
- 先创建一个head节点，作用就是表示单链表的头
- 后面每添加一个节点，就直接加入到链表的最后
- 遍历
- 通过一个辅助变量遍历，帮助遍历整个链表
class HeroNode{
int no;
String name;
String nickName;
HeroNode next;
}
2.1 直接将节点添加到链表尾部
实现添加节点时，直接添加到链表尾部
public class SingleLinkedListDemo {
public static void main(String[] args) {
//进行测试
//先创建节点
HeroNode heroNode1 = new HeroNode(1, "松江", "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");
//创建一个列表
SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
//加入
singleLinkedList.add(heroNode1);
singleLinkedList.add(heroNode2);
singleLinkedList.add(heroNode3);
singleLinkedList.add(heroNode4);
//显示
singleLinkedList.list();
}
}
//定义SingleLinkedList管理节点
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, " ", " ");
//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 因此需要一个辅助变量temp
HeroNode temp = head;
//遍历链表 找到最后
while (true) {
//链表的最后一个节点的next为null
if (temp.next == null) {//说明此时temp就指向了链表的最后
temp.next = heroNode;
break;
} else {
temp = temp.next;//将此节点的下一个节点作为新循环的判断(后移一个节点判断)
}
}
}
//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head节点不能动 因此需要一个辅助变量temp来遍历
HeroNode temp = head.next;
while (true) {
//输出节点信息
System.out.println(temp);
//判断是否到链表最后
if (temp.next == null) {//说明这个节点是最后一个节点
break;
}
temp = temp.next;//后移一个节点
}
}
}
//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
//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 + '\'' +
", next=" + (next == null ? null : next.hashCode()) +
'}';
}
}
2.2 按顺序添加节点
实现添加节点时，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)
需要按照编号的顺序添加节点 思路：
- 首先找到新添加的节点的位置，是通过辅助变量(指针)，通过遍历来搞定
- 新的节点.next = temp.next
- 将 temp.next = 新的节点
自己写代码如下，重写了一下类
//定义SingleLinkedList2按顺序管理节点
class SingleLinkedList2 {
//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, " ", " ");
//按顺序添加节点到单向链表
public void add(HeroNode heroNode) {
if (head.next == null) {//说明此时空链表
head.next = heroNode;//直接将此节点添加到头节点的后面
return;
}
HeroNode temp = head;
do {
if (heroNode.no < temp.next.no) {//将此节点插入到temp和temp.next中间
// HeroNode temp2 = temp.next;//保存temp的下一个节点
// temp.next = heroNode; //将temp下一行节点指向heroNode
// heroNode.next = temp2; //将heroNode的下一个节点指向到原temp.next
heroNode.next = temp.next; //将heroNode的下一个节点指向到temp.next
temp.next = heroNode; //将temp下一行节点指向heroNode
return; //直接结束战斗
} else if (heroNode.no == temp.next.no) {
System.out.println("已经当有相同节点了 添加失败 请自重");
return;
}
temp = temp.next; //节点后移
} while (temp.next != null);
//如果正常退出 说明此对象的序号值最大 直接放在最后面
temp.next = heroNode;
}
//显示链表[遍历]
public void list() {
if (head.next == null) {
System.out.println("别闹宝 空链表~~");
return;
}
HeroNode temp = head;
while (temp.next != null) {//如果下一个节点不为空(存了数据)
System.out.println(temp.next); //输出下一个节点
temp = temp.next; //后移到下一个节点
}
}
}
韩老师教的如下 在SingleLinkedList类中新添加了一个按顺序排列的函数
//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
//因为是单链表 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; //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的编号已经存在
flag = true; //说明编号存在
break;
}
temp = temp.next; //后移一位 相当于遍历链表
}
//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 {//因为不管是temp.next == null还是temp.next.no > heroNode.no 都需要把heroNode放在temp的后面
//加入到链表中 temp的后面
heroNode.next = temp.next;
temp.next = heroNode;
}
}
2.3 单链表节点的修改（根据no编号来修改）
自己写的如下 在类中增加了一个修改函数
//修改节点的信息 根据no编号来修改 即no编号不能改
public void modify(int no, String name,String nickname) {
if (head.next == null) {//说明此时空链表
System.out.println("空链表 修改失败 改不了");
return;
}
HeroNode temp = head;
while (temp.next != null){ //遍历
if(no == temp.next.no){ //如果编号相同
temp.next.name = name;
temp.next.nickname = nickname;
return;//结束函数
}
temp = temp.next;
}
//如果正常退出循环 则说明没找到对应的编号
System.out.println("不好意思，没找到对应编号的位置");
}
韩老师写的如下
//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;
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.println("修改失败 没有找到");
}
}
2.4 单链表节点的删除
自己写的代码如下
//节点的删除 根据no编号来删除
public void delete(int no){
if (head.next == null) {//说明此时空链表
System.out.println("空链表 删除失败 请自重宝~~");
return;
}
HeroNode temp = head;
while (temp.next != null){
if(temp.next.no == no){
temp.next = temp.next.next; //将temp指向后移两位
return;//结束函数
}
temp = temp.next;//后移一位
}
//正常退出while 则说明没找到对应的编号
System.out.println("没找到对应的编号");
}
韩老师思路如下
- 从单链表中删除一个节点的思路
- temp.next = temp.next.next
- 被删除的节点 将不会有其它引用 会被垃圾回收机制回收
代码如下
//删除节点
//思路
//1. head 不能动 因此我们需要一个temp辅助找到带删除节点的前一个节点
//2. 说明在比较时 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){
//找到待删除节点的前一个节点temp
flag = true;
break;
}
temp = temp.next; //temp后移 遍历
}
if(flag){//找到
//可以删除
temp.next = temp.next.next;
}else {
System.out.println("要删除的节点不存在");
}
}
3. 单链表面试题
3.1 求单链表中节点的个数（不统计头节点）
其中就是遍历一遍即可
3.2 查找单链表中的倒数第k个节点
//查找单链表中倒数第k个节点
//思路
//1. 编写一个方法 接收head节点 同时接收一个index
//2. index 表示是倒数第index个节点
//3. 先把链表从头到尾遍历，得到链表的总长度
//4. 得到size后，从链表的第一个开始遍历(size - index)个 就可以得到
//5. 找到则返回该节点 否则返回null
public static HeroNode findLastIndexNode(HeroNode head, int index) {
//判断如果链表为空 返回null
if (head.next == null) {
return null; //没有找到
}
//第一次遍历得到链表的长度
int size = getLength(head);
//第二次遍历 size - index + 1位置 就是倒数的第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
HeroNode temp = head.next;
for (int i = 0; i < size - index; i++) {
temp = temp.next;
}
return temp;
}
3.3 单链表的反转
按照自己写的如下 思路就是每一次分别找到原链表中第size - i 个节点即新链表中第i个节点(包含头节点)，然后进行连接
public static void reverse(HeroNode head) {
if (head.next == null) {//判断如果链表为空
return; //没有找到
}
//第一次遍历得到链表的长度
int size = getLength(head);
HeroNode temp1 = null;
HeroNode temp2 = null;
HeroNode temp3 = head.next; //保存好原链表的第一个节点
for (int i = 0; i < size; i++) {
temp1 = temp3;
for (int j = 0; j < size - i - 1; j++) { //每个大循环依次从原链表中得到最后一个到第一个节点
temp1 = temp1.next;
}
// System.out.println(temp1);
temp2 = head;
for (int j = 0; j < i; j++) { //每个大循环依次从新链表得到头节点到最后第二个节点
temp2 = temp2.next;
}
// System.out.println(i + " " + temp1 + " " + temp2);
temp2.next = temp1; //重新将节点连接起来
}
temp3.next = null; //切记 别忘了把新链表的最后一个(原链表的第一个)的next置null
}
韩老师的思路：
- 先定义一个节点 reverseHead = new HeroNode();
- 从头到尾遍历原来的链表，每遍历一个节点，就将其取出，并放在新的链表reverseHead的最前端
- 原来的链表的head.next=reverseHead.next;
//将单链表反转
public static void reverseList(HeroNode head){
//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(head.next == null || head.next.next == null){
return;
}
//定义一个辅助指针(变量) 帮助遍历原来的链表
HeroNode cur = head.next;
HeroNode next = null; //指向当前节点[cur]的下一个节点
HeroNode reverseHead = new HeroNode(0,"","");
//遍历原来的链表 每遍历一个节点 就将其取出 并放在新的链表reverseHead的最前面
while (cur != null){
next = cur.next; //保存原链表中的下一个节点
cur.next = reverseHead.next; //先让此节点的next域指向新链表的首位
reverseHead.next = cur; //再将新链表的头部指向此节点 实现cur节点插入
cur = next; //再将该cur引用重新指向原链表没有进行操作的节点
}
//将head.next 指向reverseHead.next 实现单链表的反转
head.next = reverseHead.next;
}
不得不说啊，这韩老师就是牛啊，短短几行代码就搞定了！！！其实就类似于插入，将原链表的节点按顺序插入到新链表的头部与第一个节点之间，此节点就作为新链表的第一个节点。那么最后原链表中的第i个节点就依次排到新链表中的size-i个节点中了。
3.4 从尾到头打印单链表
【方式一：反向遍历 方式二：Stack栈】
3.4.1 逆序输出 反向遍历
韩老师没演示这种 自己写的如下
//遍历逆序输出
public static void reverseOutput(HeroNode head){
if (head.next == null) {//判断如果链表为空
return; //没有找到
}
//第一次遍历得到链表的长度
int size = getLength(head);
HeroNode temp1 = null;
for (int i = 0; i < size; i++) {
temp1 = head.next;
for (int j = 0; j < size - i - 1; j++) { //每个大循环依次从原链表中得到最后一个到第一个节点
temp1 = temp1.next;
}
System.out.println(temp1);
}
}
//递归逆序输出
public static void reverseOutputDiGui(HeroNode head){
if(head.next==null){//说明到头了
}else {
reverseOutputDiGui(head.next);
}
if(head.no != 0){
System.out.println(head);
}
}
3.4.2 Stack栈
韩老师思路如下
-
可以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
/** * @author 小小低头哥 * @version 1.0 * 演示Stack的使用 */ public class TestStack { public static void main(String[] args) { Stack<String> stack = new Stack<>(); //入栈 stack.add("jack"); stack.add("tom"); stack.add("smith"); //出栈 while (stack.size() > 0){ System.out.println(stack.pop());//POP就是将栈顶的数据取出 } } }//逆序输出 //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 public static void reversePrint(HeroNode head){ if (head.next == null) {//判断如果链表为空 return; //空链表 不能打印 } //创建一个栈 将各个节点压入栈 Stack<HeroNode> stack = new Stack<>(); HeroNode cur = head.next; //将链表的所有节点压入栈 while (cur != null){ stack.push(cur); //入栈 cur = cur.next; //后移 } //将战中节点打印 while (stack.size() > 0){ System.out.println(stack.pop()); //出栈 先进后出 } }
3.5 合并两个有序的单链表，合并之后的链表依然有序
自己苦战出来的，试过输入没毛病的情况下 ，结果还可以
思路：
以链表一为基准，遍历链表一的每一个节点。在遍历每个链表一的节点期间，将链表二中节点编号依次与此时遍历的链表一中 的节点编号进行比较，满足条件的则接在新链表的最后一个节点上。由于是链表一二都是顺序排列，所以一旦链表二中节点编号有不满足条件的，则将此时链表一中遍历的节点接在新链表的最后一个节点上，并跳出遍历链表二的循环，继续遍历链表一中的下一个节点，再接着上次链表二中第一个不满足的节点进行比较(注意不是重新与链表二中的节点一个个比较)。以此循环。
/**
* 合并两个有序链表
* 但是要确保输入的两个链表都是从小到大排序的 否则需要if(temp2.no <= temp1.no)中的 <= 换成 >=
* @param head1
* @param head2
* @return 合并后的链表
*/
public static HeroNode mergeList(HeroNode head1, HeroNode head2) {
HeroNode newHero = new HeroNode(0," "," ");//新建一个节点
HeroNode end = newHero; //保存newHero最后一个节点
HeroNode temp1 = head1.next; //链表一指针
HeroNode temp2 = head2.next; //链表二指针
HeroNode next = null; //保存下一个节点
while (true){//以链表一进行顺序遍历
while (true){//当链表二中有节点的no 小于链表一中的当前节点的no时
if(temp2.no <= temp1.no){ //从小到大排序
next = temp2.next;
end.next = temp2;//将temp2插入到newHero最后
end = end.next; //将end后移一个
temp2 = next; //将temp2指向链表二的下一个节点继续与temp1比较
}else {
next = temp1.next;
end.next = temp1;//将temp1插入到newHero最后
end = end.next; //将end后移一个
if(next == null){ //说明temp1比较完了 直接把temp2插入到newHero最后
end.next = temp2;
return newHero;
}
temp1 = next; //没比较完 则temp1后移
break; //结束链表二中的节点与链表一中temp1节点的比较(因为是有序的 所以链表二后面的肯定也不符合条件)
}
if(temp2 == null){//说明链表二中的节点都比较完毕 那么直接把链表一中剩下的节点temp1连接上新链表即可
end.next = temp1;
return newHero;
}
}
}
}
