【数据结构】双向链表的模拟实现(无头)

news2024/9/30 13:25:24

目录

前言:

1、认识双向链表中的结点 

 2、认识并创建无头双向链表

3、实现双向链表当中的一些方法

3.1、遍历输出方法(display)

3.2、得到链表的长度(size)

3.3、查找关键字key是否包含在双链表中(contains)

3.4、头插法(addFirst)

【代码思路】

 【代码实现】

3.5、尾插法 (addIndex)

【代码思路】

 【代码实现】

3.6、任意位置插入 ,第一个数据结点为0号下标(addIndex)

【代码思路】

 【代码示例】

3.7、 删除第一次出现关键字key的结点(remove)

【代码思路】

第一种情况,删除头节点。 

 【代码示例】

 3.8、删除所有值为key的结点(removeAllKey)

【代码思路】

【代码示例】 

3.9、清空双向链表(clear)

 【代码思路】

 【代码示例】


前言:

单向链表能够解决逻辑关系为"一对一"数据的存储问题,但是在解决某些特殊问题的时候,单链表并不是效率最有的存储结构。比如,需要找某个节点的前驱节点,使用单链表并不合适,单链表更适合"从前往后"找,而"从后往前"找并不是单链表的强项。这里就要使用双向链表来解决这类问题。


1、认识双向链表中的结点 

双向链表中的结点有两个指针域和一个数据域,一个指针指向前驱结点,一个指向后继节点。(双向链表当中第一个结点的prev为null,最后一个结点的next为null)

 2、认识并创建无头双向链表

在Java当中,双链表相比于单链表增加了一个引用last,last永远指向双链表的最后一个结点。

 创建链表类

public class MyLinkedList {
    static class ListNode{//结点类
        public int val;
        public ListNode prev;//前驱
        public ListNode next;//后继
        public ListNode(int val){
            this.val = val;
        }
    }
    public ListNode head;
    public ListNode last;//指向双向链表的结尾
}

3、实现双向链表当中的一些方法

以下这些方法写在MyLinkdeList类当中

3.1、遍历输出方法(display)

    public void display(){
        ListNode cur = head;
        while(cur != null){//说明cur还没有遍历完这个链表
            System.out.print(cur.val+" ");
            cur = cur.next;
        }
        System.out.println();//当整体输出完成之后换行,下一次打印的时候在下一行
    }

3.2、得到链表的长度(size)

    public int size(){
        ListNode cur = head;
        int len = 0;
        while(cur != null){
            len++;//因为cur是从head向后遍历,先通过len++将head计算在内
            cur = cur.next;
        }
        return len;
    }

3.3、查找关键字key是否包含在双链表中(contains)

    public Boolean contains(int key){
        ListNode cur = head;
        while(cur != null){
            if(cur.val == key){//如果cur在遍历的过程中找到了
                return true;
            }
            cur = cur.next;//没有找到就向后走
        }
        return false;//遍历完还没找到返回false
    }

3.4、头插法(addFirst)

【代码思路】

头插法存在两种情况

 【代码实现】

    public void addFirst(int data){
        ListNode node = new ListNode(data);//创建一个新的结点
        if(head == null){//如果链表为空,插入结点之后,头和尾都指向node
            head = node;
            last = node;
        }else{//如果链表不为空。先连接后继,再链接前驱,最后将head前移
            node.next = head;
            head.prev = node;
            head = node;
        }
    }

3.5、尾插法 (addIndex)

【代码思路】

尾插法存在两种情况。

 【代码实现】

    public void addLast(int data){
        ListNode node = new ListNode(data);
        if(head == null){
            head = node;
            last = node;
        }else{
            last.next = node;
            node.prev = last;
            last = node;
        }
        
    }

❗❗❗ 总结:

单链表的时间复杂度为O(N),而双链表的时间复杂度为O(1)。


3.6、任意位置插入 ,第一个数据结点为0号下标(addIndex)

【代码思路】

 【代码示例】

    public void addIndex(int index,int data){
        if(index < 0 || index >size()){//检查位置的合法性
            return;//这里可以抛异常,也可以直接return
        }
        if(index == 0){//在链表的开头插入结点
            addFirst(data);
            return;
        }
        if(index == size()){//再链表的结尾插入结点
            addLast(data);
            return;
        }
        ListNode node = new ListNode(data);//创建一个新的结点
        ListNode cur = findIndex(index);//通过调用这个方法,找到要插入的位置
        node.next = cur;
        cur.prev.next = node;
        node.prev = cur.prev;
        cur.prev = node;

    }
    //通过这个方法来找要插入的位置
    private ListNode findIndex(int index){
        ListNode cur = head;
        while(index != 0){//从头开始遍历链表。
            cur = cur.next;
            index--;
        }
        return cur;
    }

3.7、 删除第一次出现关键字key的结点(remove)

【代码思路】

第一种情况,删除头节点。 

 第二种和第三种情况,删除中间节点和结尾

 

 【代码示例】

    public void remove(int key){
        ListNode cur = head;
        while(cur != null){
            //开始删除了
            if(cur.val == key){
                //1、删除的是头节点
                if(cur == head){
                    head = head.next;//head向后移
                    //处理链表只有一个结点的情况
                    if(head != null) {
                        head.prev = null;//将head的前驱置为空
                    }
                }else{
                    //删除的是中间和结尾
                    cur.prev.next = cur.next;
                    //2、删除中间结点
                    if(cur.next != null){
                        cur.next.prev = cur.next;
                        //3、删除尾巴结点
                    }else{
                        last = cur.prev;
                    }
                }
                return;//这个return对应的是第2个if,找到一个与key值相等的结点,删除之后,就返回,只删一个与key值相等的结点
            }
            cur = cur.next;//对应最开始的if,若是要和删除的key不相同,继续向后走
        }
    }


 3.8、删除所有值为key的结点(removeAllKey)

【代码思路】

当写出删除一个值为key的结点的代码,那么删除所有值为key的结点的代码,就非常简单了,只需要将上述代码中的return去掉就可以了。让上述的代码从头跑到结尾就行,这样cur在遍历链表的时候,也只是遍历了一遍,就将所有与key值相等的结点就删除完了。他的时间复杂度为O(N).

【代码示例】 

    public void removeAllKey(int key){
        ListNode cur = head;
        while(cur != null){
            //开始删除了
            if(cur.val == key){
                //1、删除的是头节点
                if(cur == head){
                    head = head.next;//head向后移
                    //处理链表只有一个结点的情况
                    if(head != null) {
                        head.prev = null;//将head的前驱置为空
                    }
                }else{
                    //删除的是中间和结尾
                    cur.prev.next = cur.next;
                    //2、删除中间结点
                    if(cur.next != null){
                        cur.next.prev = cur.next;
                        //3、删除尾巴结点
                    }else{
                        last = cur.prev;
                    }
                }
            }
            cur = cur.next;
        }
    }

3.9、清空双向链表(clear)

这里很多人会想到将head和last直接置为空,不让head引用和last引用,引用链表的节点即可,但是head所引用的结点的后继结点,还引用这个结点,last所引用的结点的前驱结点,还引用这个结点。所以这样的操作还是不能将链表清空,必须要将双向链表的所有结点的指针域清空。

 【代码思路】

 【代码示例】

    public void clear(){
        ListNode cur = head;
        while(cur != null){//将每个结点的指针域都置为空,由于这里的数据域是基本数据类型,不用置空,但是当数据域当中为引用数据类型的时候,数据域还要置空
            ListNode curNext = cur.next;
            cur.prev = null;
            cur.next = null;
            cur = curNext;
        }
        head = null;//因为head和last作为引用,还在引用链表的第一个结点和最后一个结点。
        last = null;
    }

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