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阿新 • • 發佈：2020-08-01
一、單向連結串列（Linked List）
連結串列是有序的列表，但在記憶體中是儲存如下
小結:
1)連結串列是以節點的方式來儲存，是鏈式儲存
2)每個節點包含data域，next域: 指向下一個節點.
3)如圖:發現連結串列的各個節點不一定是連續儲存的
4)連結串列分帶頭節點的連結串列和沒有頭節點的連結串列，根據實際的需求來確定
1.單鏈表介紹
單鏈表（帶頭節點）邏輯結構示意圖：
2.單鏈表的應用案例
使用帶head頭的單向連結串列實現【水滸英雄排行榜管理】
1)完成對英雄人物的增刪改查操作，注: 刪除和修改
2)第一種方法在新增英雄時，直接新增到連結串列的尾部
3)第二種方式在新增英雄時，根據排名將英雄插入到指定位置(如果有這個排名，則新增失敗，並給出提示)
package com.xudong.DataStructures; import java.util.Stack; public class SingleLinkedListDemo { public static void main(String[] args) { //先建立節點 HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", "及時雨"); HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "盧俊義", "玉麒麟"); HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吳用", "智多星"); HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "林沖", "豹子頭"); //建立連結串列 SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList(); //加入 // singleLinkedList.add(hero1); // singleLinkedList.add(hero3); // singleLinkedList.add(hero4); // singleLinkedList.add(hero2); //加入，按照編號的順序 singleLinkedList.addByOrder(hero1); singleLinkedList.addByOrder(hero3); singleLinkedList.addByOrder(hero4); singleLinkedList.addByOrder(hero2); //顯示 System.out.println("原來的連結串列："); singleLinkedList.list(); //單鏈表的反轉 System.out.println("反轉單鏈表："); reverseList(singleLinkedList.getHead()); singleLinkedList.list(); //測試逆序列印單鏈表 System.out.println("逆序列印單鏈表（沒有改變連結串列的結構）："); reversePrint(singleLinkedList.getHead()); //測試修改節點的程式碼 HeroNode newHeroNode = new HeroNode(2,"小盧","小麒麟"); singleLinkedList.update(newHeroNode); //顯示 System.out.println("在原來的連結串列修改後的英雄："); singleLinkedList.list(); //刪除第一個節點 singleLinkedList.del(1); System.out.println("在原來的連結串列刪除後的連結串列："); singleLinkedList.list(); //統計單鏈表中有效節點的個數 System.out.println("有效節點的個數：" + getLength(singleLinkedList.getHead())); //檢視是否得到了倒數第k個節點 HeroNode res = findLastIndexNode(singleLinkedList.getHead(),1); System.out.println("在原來的連結串列倒數第1個節點：res = " + res); } //一、獲取到單鏈表的節點個數（根據需求是否統計頭節點） public static int getLength(HeroNode head){ if (head.next == null){ return 0; } int length = 0; //定義一個輔助指標,這裡沒有統計頭節點 HeroNode cur = head.next; while (cur != null){ length++; cur = cur.next; } return length; } //二、查詢單鏈表中的倒數第k個結點[新浪面試題] //1.編寫一個方法，接收head節點，同時接收index //2.index 表示是倒數第index個節點 //3.先把連結串列從頭到尾遍歷，得到連結串列總長度getLength //4.得到size後，從連結串列的第一個開始遍歷(size - index)個，就可得到 public static HeroNode findLastIndexNode(HeroNode head,int index){ //如果連結串列為空，返回null if (head.next == null){ return null; } //第一個遍歷得到連結串列的長度 int size = getLength(head); //第二次遍歷 size - index 位置，就是倒數第k個節點 //先做index校驗 if (index <= 0 || index > size){ return null; } //定義輔助指標,for迴圈定位到倒數的index HeroNode cur = head.next; for (int i = 0; i < size - index; i++) { cur = cur.next; } return cur; } //三、將單鏈表翻轉 public static void reverseList(HeroNode head){ //如果當前連結串列為空，或者只有一個節點，無需翻轉，直接返回 if (head.next == null || head.next.next == null){ return; } //定義一個輔助指標，幫助遍歷原來的連結串列 HeroNode cur = head.next; HeroNode next = null;//指向當前節點【cur】的下一個節點 HeroNode reverseHead = new HeroNode(0,"",""); //遍歷原來的連結串列，每遍歷一個節點，就將其取出，並放在新的連結串列reverseHead的最前端 while (cur != null){ next = cur.next;//先暫時儲存當前節點的下一個節點，因為後面需要用 cur.next = reverseHead.next;//將cur的下一個節點指向新的連結串列的最前端 reverseHead.next = cur;//將cur連線到新的連結串列上 cur = next;//讓cur後移 } //將head.next指向reverseHead.next，實現單鏈表的反轉 head.next = reverseHead.next; } //四、從尾到頭列印單鏈表，使用 【Stack棧】的先進後出的方式 public static void reversePrint(HeroNode head){ if (head.next == null){ return;//空連結串列，不列印 } //建立一個棧，將各個節點壓入棧 Stack<HeroNode> stack = new Stack<>(); HeroNode cur = head.next; //將連結串列的所有節點壓入棧 while (cur != null){ stack.push(cur); cur = cur.next;//cur後移，這樣就可以壓入下一個節點 } //將棧中的節點進行列印，pop出棧 while (stack.size() > 0){ System.out.println(stack.pop());//先進後出 } } } //定義SingleLinkedList管理英雄 class SingleLinkedList{ //初始化一個頭節點，頭節點不動，不存放具體的資料 private HeroNode head = new HeroNode(0,"",""); //返回頭節點 public HeroNode getHead() { return head; } //新增節點到單向連結串列 //思路：當不考慮編號順序時 //1.找到當前連結串列的最後節點 //2.將最後這個節點的next指向新的節點 public void add(HeroNode heroNode){ //因為head節點不動，因此需要一個輔助指標 temp HeroNode temp = head; //遍歷連結串列，找到最後 while(true){ if (temp.next == null){ break; } //如果沒有找到最後，將temp後移 temp = temp.next; } //當退出while迴圈時，temp就指向了連結串列的最後 //將最後這個節點的next指向新的節點 temp.next = heroNode; } //當考慮編號順序時,根據排名將英雄插入到指定位置 public void addByOrder(HeroNode heroNode){ //因為head節點不動，因此需要一個輔助指標 temp //此時temp找的是位於新增位置的前一個節點，否則插入不了 HeroNode temp = head; boolean flag = false;//標識新增的編號是否存在 while (true){ if (temp.next == null){//說明temp已經在連結串列的最後 break; } if (temp.next.no > heroNode.no){//說明位置找到，就在temp後插入 break; }else if (temp.next.no == heroNode.no){//說明希望新增的heroNode編號已經存在 flag = true; break; } temp = temp.next;//後移，遍歷當前連結串列 } //判斷flag的值 if (flag){//不能新增，說明編號已經存在 System.out.printf("準備插入的英雄編號 %d 已經存在了，不能加入！",heroNode.no); }else { //插入到連結串列中，temp後面 heroNode.next = temp.next; temp.next = heroNode; } } //修改節點資訊，根據no編號來修改 //根據newHeroNode的no來修改 public void update(HeroNode newHeroNode){ //判斷是否為空 if (head.next == null){ System.out.println("連結串列為空！"); return; } //找的需要修改的節點，根據no編號 //定義一個輔助指標 HeroNode temp = head.next; boolean flag = false;//表示是否找到該節點 while (true){ if (temp == null){ break;//連結串列已經遍歷完 } if (temp.no == newHeroNode.no){ //找到 flag = true; break; } temp = temp.next; } //根據flag判斷是否找到要修改的接待你 if (flag){ temp.name = newHeroNode.name; temp.nickname = newHeroNode.nickname; }else {//沒有找到 System.out.printf("沒有找到編號 %d 的節點，不能修改\n",newHeroNode.no); } } //刪除節點 //1.因為head節點不動，因此需要一個輔助指標 temp，找到待刪除節點的前一個節點 //2.在比較時，是temp.next.no 和 需要刪除的節點的 no 比較 public void del(int no){ HeroNode temp = head; boolean flag = false;//標識是否找到待刪除節點的前一個節點 while (true){ if (temp.next == null){ break; } if (temp.next.no == no){ //找到的待刪除節點的前一個節點的temp flag = true; break; } temp = temp.next; } //判斷flag if (flag){ temp.next = temp.next.next; }else { System.out.printf("要刪除的 %d 的節點不存在！\n",no); } } //顯示連結串列 public void list(){ //判斷連結串列是否為空 if (head.next == null){ System.out.println("連結串列為空！"); return; } //因為head節點不動，因此需要一個輔助指標 temp HeroNode temp = head.next; while (true){ //判斷是否到連結串列最後 if (temp == null){ break; } //輸出節點的資訊 System.out.println(temp); //將temp後移 temp = temp.next; } } } //定義HeroNode,每個 HeroNode 物件就是一個節點 class HeroNode{ public int no; public String name; public String nickname;//暱稱 public HeroNode next;//指向下一個節點 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 + '}'; } }
3.單鏈表面試題
求單鏈表中有效節點的個數
見上面程式碼
查詢單鏈表中的倒數第k個結點[新浪面試題]
見上面程式碼
單鏈表的反轉[騰訊面試題]
從尾到頭列印單鏈表[百度，要求方式1:反向遍歷。方式2: Stack棧]
二、雙向連結串列
使用帶head頭的雙向連結串列實現【水滸英雄排行榜管理】
單向連結串列的缺點分析:
- 單向連結串列，查詢的方向只能是一個方向，而雙向連結串列可以向前或者向後查詢。
2)單向連結串列不能自我刪除，需要靠輔助節點，而雙向連結串列，則可以自我刪除，所以前面單鏈表刪除時節點總是找到temp，temp是待刪除節點的前一個節點。
package com.xudong.DataStructures; public class DoubleLinkedListDemo { public static void main(String[] args) { //建立節點 HeroNode2 hero1 = new HeroNode2(1, "宋江", "及時雨"); HeroNode2 hero2 = new HeroNode2(2, "盧俊義", "玉麒麟"); HeroNode2 hero3 = new HeroNode2(3, "吳用", "智多星"); HeroNode2 hero4 = new HeroNode2(4, "林沖", "豹子頭"); //建立一個雙向連結串列 DoubleLinkedList doubleLinkedList = new DoubleLinkedList(); // doubleLinkedList.add(hero1); // doubleLinkedList.add(hero2); // doubleLinkedList.add(hero3); // doubleLinkedList.add(hero4); doubleLinkedList.addByOrder(hero1); doubleLinkedList.addByOrder(hero3); doubleLinkedList.addByOrder(hero4); doubleLinkedList.addByOrder(hero2); //顯示雙向連結串列 doubleLinkedList.list(); //修改 HeroNode2 newHeroNode = new HeroNode2(4, "公孫勝", "入雲龍"); doubleLinkedList.update(newHeroNode); System.out.println("修改後的連結串列："); doubleLinkedList.list(); //刪除 doubleLinkedList.del(3); System.out.println("刪除後的連結串列："); doubleLinkedList.list(); //新增 System.out.println(); HeroNode2 newHeroNode2 = new HeroNode2(5, "魯智深", "花和尚"); doubleLinkedList.addByOrder(newHeroNode2); doubleLinkedList.list(); } } //建立一個雙向連結串列的類 class DoubleLinkedList{ private HeroNode2 head = new HeroNode2(0,"",""); public HeroNode2 getHead() { return head; } //遍歷雙向連結串列的方法 //顯示連結串列 public void list(){ //判斷連結串列是否為空 if (head.next == null){ System.out.println("連結串列為空！"); return; } //因為head節點不動，因此需要一個輔助指標 temp HeroNode2 temp = head.next; while (true){ //判斷是否到連結串列最後 if (temp == null){ break; } //輸出節點的資訊 System.out.println(temp); //將temp後移 temp = temp.next; } } //不考慮編號順序，新增一個節點到雙向連結串列末尾。 public void add(HeroNode2 heroNode){ //因為head節點不動，因此需要一個輔助指標 temp HeroNode2 temp = head; //遍歷連結串列，找到最後 while(true){ if (temp.next == null){ break; } //如果沒有找到最後，將temp後移 temp = temp.next; } //當退出while迴圈時，temp就指向了連結串列的最後 //形成一個雙向連結串列 temp.next = heroNode; heroNode.pre = temp; } //考慮編號順序，新增一個節點到雙向連結串列末尾。 public void addByOrder(HeroNode2 heroNode){ //因為head節點不動，因此需要一個輔助指標 temp //此時temp找的是位於新增位置的前一個節點，否則插入不了 HeroNode2 temp = head; boolean flag = false;//標識新增的編號是否存在 while (true){ if (temp.next == null){//說明temp已經在連結串列的最後 break; } if (temp.next.no > heroNode.no){//說明位置找到，就在temp後插入 break; }else if (temp.next.no == heroNode.no){//說明希望新增的heroNode編號已經存在 flag = true; break; } temp = temp.next;//後移，遍歷當前連結串列 } //判斷flag的值 if (flag){//不能新增，說明編號已經存在 System.out.printf("準備插入的英雄編號 %d 已經存在了，不能加入！",heroNode.no); }else { //插入到連結串列中，temp後面 if (temp.next != null){ heroNode.next = temp.next; temp.next.pre = heroNode; } temp.next = heroNode; heroNode.pre = temp; } } //修改一個節點的內容,和單向連結串列一樣 public void update(HeroNode2 newHeroNode){ //判斷是否為空 if (head.next == null){ System.out.println("連結串列為空！"); return; } //找的需要修改的節點，根據no編號 //定義一個輔助指標 HeroNode2 temp = head.next; boolean flag = false;//表示是否找到該節點 while (true){ if (temp == null){ break;//連結串列已經遍歷完 } if (temp.no == newHeroNode.no){ //找到 flag = true; break; } temp = temp.next; } //根據flag判斷是否找到要修改的接待你 if (flag){ temp.name = newHeroNode.name; temp.nickname = newHeroNode.nickname; }else {//沒有找到 System.out.printf("沒有找到編號 %d 的節點，不能修改\n",newHeroNode.no); } } //從雙向連結串列中刪除一個節點 //說明：對於雙向連結串列，可直接找到要刪除的節點。 public void del(int no){ //判斷當前連結串列是否為空 if (head.next == null){ System.out.println("連結串列為空，無法刪除！"); return; } HeroNode2 temp = head.next;//輔助指標 boolean flag = false;//標識是否找到待刪除節點的前一個節點 while (true){ if (temp == null){ break; } if (temp.no == no){ //找到的待刪除節點的前一個節點的temp flag = true; break; } temp = temp.next; } //判斷flag if (flag){ temp.pre.next = temp.next; if (temp.next != null){ temp.next.pre = temp.pre; } }else { System.out.printf("要刪除的 %d 的節點不存在！\n",no); } } } class HeroNode2{ public int no; public String name; public String nickname;//暱稱 public HeroNode2 next;//指向下一個節點，預設為null public HeroNode2 pre;//指向上一個節點，預設為null public HeroNode2(int no, String name, String nickname) { this.no = no; this.name = name; this.nickname = nickname; } @Override public String toString() { return "HeroNode2{" + "no=" + no + ", name='" + name + '\'' + ", nickname='" + nickname + '}'; } }
三、單向環形連結串列
丟手絹
Josephu(約瑟夫、約瑟夫環)問題
Josephu問題為:設編號為1, 2, .. n的n個人圍坐一圈，約定編號為【k(1<=k<=n)】的人從1開始報數，數到m的那個人出列，它的下一位又從1開始報數，數到m的那個人又出列，依次類推，直到所有人出列為止，由此產生一個出隊編號的序列。
提示:
用一個不帶頭結點的迴圈連結串列來處理Josephu問題:先構成一個有n個結點的單迴圈連結串列，然後由k結點起從1開始計數，計到m時，對應結點從連結串列中刪除，然後再從被刪除結點的下一個結點又從1開始計數，直到最後一個結點從連結串列中刪除演算法結束。
package com.xudong.DataStructures;
public class JosepfuDemo {
public static void main(String[] args) {
//構建環形單向列表
CircleSingleLinkedList circleSingleLinkedList = new CircleSingleLinkedList();
//新增小孩
circleSingleLinkedList.addBoy(15);
//列印小孩
circleSingleLinkedList.showBoy();
//讓小孩出圈
System.out.println("----------------");
circleSingleLinkedList.countBoy(1,5,15);
}
}
//建立一個環形單向連結串列
class CircleSingleLinkedList{
//建立一個first節點，當前沒有編號
private Boy first = null;
//新增小孩節點，構建一個環形連結串列
public void addBoy(int nums){
//nums 做資料校驗
if (nums < 1){
System.out.println("nums的值不正確！");
return;
}
Boy curBoy = null;//輔助指標，幫助構建環形連結串列
//使用for來建立環形連結串列
for (int i = 1; i <= nums; i++) {
//根據編號，建立小孩節點
Boy boy = new Boy(i);
//如果是第一個小孩
if (i == 1){
first = boy;
first.setNext(first);//自己與自己構成環
curBoy = first;//讓curBoy指向第一個小孩
}else {
curBoy.setNext(boy);//移動到下一個小孩
boy.setNext(first);//讓這個小孩指向第一個小孩
curBoy = boy;//移動指標
}
}
}
//遍歷當前環形列表
public void showBoy(){
//判斷連結串列是否為空
if (first == null){
System.out.println("沒有小孩！");
return;
}
//因為first不能動，因此我們使用一個輔助指標完成遍歷
Boy curBoy = first;
while (true){
System.out.printf("小孩的編號%d\n",curBoy.getNo());
if (curBoy.getNext() == first){//說明遍歷完畢
break;
}
curBoy = curBoy.getNext();//curBoy後移
}
}
//根據使用者的輸入，計算小孩出圈的順序
/**
* @param startNo 表示從第幾個小孩開始報數
* @param countNum 表示數幾下
* @param nums 表示最初有多少小孩在圈中
*/
public void countBoy(int startNo,int countNum,int nums){
//現對資料進行校驗
if (first == null || startNo < 1 || startNo > nums){
System.out.println("引數輸入有誤！");
}
//建立輔助指標，幫助完成小孩出圈
Boy helper = first;
//helper 事先應該指向環形連結串列的最後節點
while (true){
if (helper.getNext() == first){
break;
}
helper = helper.getNext();
}
//小孩報數前，先讓first和helper移動 k-1 次
for (int j = 0; j < startNo - 1; j++) {
first = first.getNext();
helper = helper.getNext();
}
//當小孩報數時
while (true){
if (helper == first){//此時圈中只有一個小孩節點
break;
}
//讓first和helper指標同時移動 countNum - 1 次
for (int j = 0; j < countNum - 1; j++) {
first = first.getNext();
helper = helper.getNext();
}
//此時first指向的節點，就是要出圈的小孩節點
System.out.printf("小孩%d出圈\n",first.getNo());
//這時讓first指向的小孩節點出圈
first = first.getNext();
helper.setNext(first);
}
System.out.printf("最後留在圈中的小孩編號是：%d\n",helper.getNo());
}
}
//建立一個Boy類，表示一個節點
class Boy{
private int no;//編號
private Boy next;//指向下一個節點
public Boy(int no) {
this.no = no;
}
public int getNo() {
return no;
}
public void setNo(int no) {
this.no = no;
}
public Boy getNext() {
return next;
}
public void setNext(Boy next) {
this.next = next;
}
}