資料結構之連結串列(LinkedList)(一)

阿新 • • 發佈：2019-06-02

連結串列(Linked List)介紹

連結串列是有序的列表，但是它在記憶體中是儲存如下

1）連結串列是以節點方式儲存的，是鏈式儲存

2）每個節點包含data域（value），next域，指向下一個節點

3）各個節點不一定連續儲存，如上圖

4）連結串列分帶頭節點的連結串列和不帶頭節點的連結串列，根據實際需求確定

單鏈表介紹

單鏈表(帶頭結點) 邏輯結構示意圖如下

應用例項

使用帶head頭的單向連結串列實現 –學生成績錄入管理 {學號，姓名，分數}

1.完成學生成績的增刪改查操作

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.第二種方式在新增學生時，根據學號排序，將學生插入指定位置

第一種實現思路：

新增（建立）

1. 先建立一個head 頭節點，作用就是表示單鏈表的頭

2. 後面我們每新增一個節點，就直接加入到連結串列的最後

遍歷：

1. 通過一個輔助變數遍歷，幫助遍歷整個連結串列

示意圖：

程式碼例項:

package com.linkedList;

import java.util.Stack;

public class SingleLinkedListDemo {

    public static void main(String[] args) {
        //進行測試
        //先建立節點
        StuNode hero1 = new StuNode(1, "張三", "85");
        StuNode hero2 = new StuNode(2, "李四", "87");
        StuNode hero3 = new StuNode(3, "小明", "70");
        StuNode hero4 = new StuNode(4, "小紅", "90");

        //建立要給連結串列
        SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();


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

        // 測試一下單鏈表的反轉功能
        System.out.println("原來連結串列的情況");
        singleLinkedList.list();
    }
}
//定義SingleLinkedList 管理我們的英雄
class SingleLinkedList {
    //先初始化一個頭節點, 頭節點不要動, 不存放具體的資料
    private StuNode head = new StuNode(0, "", "");


    //返回頭節點
    public StuNode 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(StuNode stuNode) {

        //因為head節點不能動，因此我們需要一個輔助遍歷 temp
        StuNode temp = head;
        //遍歷連結串列，找到最後
        while(true) {
            //找到連結串列的最後
            if(temp.next == null) {//
                break;
            }
            //如果沒有找到最後, 將將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 = stuNode;
    }

    //顯示連結串列[遍歷]
    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;
        }
        //因為頭節點，不能動，因此我們需要一個輔助變數來遍歷
        StuNode 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， 一定小心
            temp = temp.next;
        }
    }
}
//定義StuNode ， 定義StuNode 物件就是一個節點
class StuNode {
    public int stuNo;
    public String name;
    public String mark;
    public StuNode next; //指向下一個節點
    //構造器
    public StuNode(int stuNo, String name, String mark) {
        this.stuNo = stuNo;
        this.name = name;
        this.mark = mark;
    }
    //為了顯示方法，我們重新toString
    @Override
    public String toString() {
        return "StuNode [stuNo=" + stuNo + ", name=" + name + ", mark=" + mark + "]";
    }
}

程式碼

輸出：

原來連結串列的情況
StuNode [stuNo=1, name=張三, mark=85]
StuNode [stuNo=4, name=小紅, mark=90]
StuNode [stuNo=2, name=李四, mark=87]
StuNode [stuNo=3, name=小明, mark=70]

從上面可以看出連結串列儲存是根據先後錄入順序的，那麼我們想要根據stuNo儲存呢。

第二種方式在新增學生時，根據學號排序，將學生插入指定位置

實現思路：

需要按照學號的順序新增

1. 首先找到新新增的節點的位置, 是通過輔助變數(指標), 通過遍歷來搞定

2. 新的節點.next = temp.next

3. 將temp.next = 新的節點

示意圖：

實現程式碼：

將程式碼加入SingleLinkedList中

//第二種方式在新增學生時，根據學號將學生插入到指定位置
    //(如果有這個學號，則新增失敗，並給出提示)
    public void addByOrder(StuNode stuNode) {
        //因為頭節點不能動，因此我們仍然通過一個輔助指標(變數)來幫助找到新增的位置
        //因為單鏈表，因為我們找的temp 是位於 新增位置的前一個節點，否則插入不了
        StuNode temp = head;
        boolean flag = false; // flag標誌新增的編號是否存在，預設為false
        while(true) {
            if(temp.next == null) {//說明temp已經在連結串列的最後
                break; //
            }
            if(temp.next.stuNo > stuNode.stuNo) { //位置找到，就在temp的後面插入
                break;
            } else if (temp.next.stuNo == stuNode.stuNo) {//說明希望新增的stuNode的學號已然存在

                flag = true; //說明學號存在
                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，說明學號存在
            System.out.printf("準備插入的學生 %d 已經存在了, 不能加入\n", stuNode.stuNo);
        } else {
            //插入到連結串列中, temp的後面
            stuNode.next = temp.next;
            temp.next = stuNode;
        }
    }

程式碼

public static void main(String[] args) {
        //進行測試
        //先建立節點
        StuNode hero1 = new StuNode(1, "張三", "85");
        StuNode hero2 = new StuNode(2, "李四", "87");
        StuNode hero3 = new StuNode(3, "小明", "70");
        StuNode hero4 = new StuNode(4, "小紅", "90");

        //建立要給連結串列
        SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();


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

        // 測試一下單鏈表的反轉功能
        System.out.println("原來連結串列的情況");
        singleLinkedList.list();
    }

main

原來連結串列的情況
StuNode [stuNo=1, name=張三, mark=85]
StuNode [stuNo=2, name=李四, mark=87]
StuNode [stuNo=3, name=小明, mark=70]
StuNode [stuNo=4, name=小紅, mark=90]

輸出

連結串列修改：

實現思路：

1.修改節點的資訊, 根據stuNo來修改，即stuNo不能改

2.將修改的值替換

實現程式碼:

//修改節點的資訊, 根據stuNo來修改，即stuNo不能改.
    //說明
    //1. 根據 newStuNode 的 stuNo 來修改即可
    public void update(StuNode newStuNode) {
        //判斷是否空
        if(head.next == null) {
            System.out.println("連結串列為空~");
            return;
        }
        //找到需要修改的節點, 根據stuNo
        //定義一個輔助變數
        StuNode temp = head.next;
        boolean flag = false; //表示是否找到該節點
        while(true) {
            if (temp == null) {
                break; //已經遍歷完連結串列
            }
            if(temp.stuNo == newStuNode.stuNo) {
                //找到
                flag = true;
                break;
            }
            temp = temp.next;
        }
        //根據flag 判斷是否找到要修改的節點
        if(flag) {
            temp.name = newStuNode.name;
            temp.mark = newStuNode.mark;
        } else { //沒有找到
            System.out.printf("沒有找到 學號 %d 的節點，不能修改\n", newStuNode.stuNo);
        }
    }

程式碼

public static void main(String[] args) {
        //進行測試
        //先建立節點
        StuNode hero1 = new StuNode(1, "張三", "85");
        StuNode hero2 = new StuNode(2, "李四", "87");
        StuNode hero3 = new StuNode(3, "小明", "70");
        StuNode hero4 = new StuNode(4, "小紅", "90");

        //建立要給連結串列
        SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();


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

        // 測試一下單鏈表的反轉功能
        System.out.println("原來連結串列的情況");
        singleLinkedList.list();

        StuNode newStu = new StuNode(3,"王五","99");
        singleLinkedList.update(newStu);

        System.out.println("修改之後的連結串列");
        singleLinkedList.list();

    }

main

原來連結串列的情況
StuNode [stuNo=1, name=張三, mark=85]
StuNode [stuNo=2, name=李四, mark=87]
StuNode [stuNo=3, name=小明, mark=70]
StuNode [stuNo=4, name=小紅, mark=90]
修改之後的連結串列
StuNode [stuNo=1, name=張三, mark=85]
StuNode [stuNo=2, name=李四, mark=87]
StuNode [stuNo=3, name=王五, mark=99]
StuNode [stuNo=4, name=小紅, mark=90]

輸出

連結串列刪除：

實現思路：

1. 我們先找到需要刪除的這個節點的前一個節點 temp

2. temp.next = temp.next.next(待刪除節點的上一個節點next直接指向待刪除節點的下一個節點)

3. 被刪除的節點，將不會有其它引用指向，會被垃圾回收機制回收

示意圖:

實現程式碼：

//刪除節點
    //思路
    //1. head 不能動，因此我們需要一個temp輔助節點找到待刪除節點的前一個節點
    //2. 說明我們在比較時，是temp.next.stuNo 和  需要刪除的節點的stuNo比較
    public void del(int stuNo){
        StuNode temp = head;
        boolean flag = false;
        while (true){
            if (temp.next==null){
                break;
            }
            if(temp.next.stuNo==stuNo){
                flag=true;
                break;
            }
            temp=temp.next;
        }
        if (flag){
            temp.next=temp.next.next;
        }else {
            System.out.printf("要刪除的 %d 學號節點不存在",stuNo);
        }

    }

程式碼

public static void main(String[] args) {
        //進行測試
        //先建立節點
        StuNode hero1 = new StuNode(1, "張三", "85");
        StuNode hero2 = new StuNode(2, "李四", "87");
        StuNode hero3 = new StuNode(3, "小明", "70");
        StuNode hero4 = new StuNode(4, "小紅", "90");

        //建立要給連結串列
        SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();


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

        // 測試一下單鏈表的反轉功能
        System.out.println("原來連結串列的情況");
        singleLinkedList.list();

        singleLinkedList.del(2);
        System.out.println("刪除之後的連結串列");
        singleLinkedList.list();

    }

main

原來連結串列的情況
StuNode [stuNo=1, name=張三, mark=85]
StuNode [stuNo=2, name=李四, mark=87]
StuNode [stuNo=3, name=小明, mark=70]
StuNode [stuNo=4, name=小紅, mark=90]
刪除之後的連結串列
StuNode [stuNo=1, name=張三, mark=85]
StuNode [stuNo=3, name=小明, mark=70]
StuNode [stuNo=4, name=小紅, mark=90]

輸出

下面我們看幾道關於單鏈表的面試題。

1.求單鏈表中有效節點的個數

2.查詢單鏈表中的倒數第k個結點【新浪面試題】

3.單鏈表的反轉【騰訊面試題，有點難度】

4.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】

第一題思路，只要遍歷該連結串列就可得出有效節點的個數

實現程式碼：

//方法：獲取到單鏈表的節點的個數(如果是帶頭結點的連結串列，需求不統計頭節點)
    /**
     *
     * @param head 連結串列的頭節點
     * @return 返回的就是有效節點的個數
     */
    public static int getLength(StuNode head) {
        if(head.next == null) { //空連結串列
            return 0;
        }
        int length = 0;
        //定義一個輔助的變數, 這裡我們沒有統計頭節點
        StuNode cur = head.next;
        while(cur != null) {
            length++;
            cur = cur.next; //遍歷
        }
        return length;
    }

程式碼

public static void main(String[] args) {
        //進行測試
        //先建立節點
        StuNode hero1 = new StuNode(1, "張三", "85");
        StuNode hero2 = new StuNode(2, "李四", "87");
        StuNode hero3 = new StuNode(3, "小明", "70");
        StuNode hero4 = new StuNode(4, "小紅", "90");

        //建立要給連結串列
        SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();


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

        // 測試一下單鏈表的反轉功能
        System.out.println("原來連結串列的情況");
        singleLinkedList.list();

        singleLinkedList.del(2);
        System.out.println("刪除之後的連結串列");
        singleLinkedList.list();

        System.out.println("有效節點個數="+getLength(singleLinkedList.getHead()));


    }

main

原來連結串列的情況
StuNode [stuNo=1, name=張三, mark=85]
StuNode [stuNo=2, name=李四, mark=87]
StuNode [stuNo=3, name=小明, mark=70]
StuNode [stuNo=4, name=小紅, mark=90]
刪除之後的連結串列
StuNode [stuNo=1, name=張三, mark=85]
StuNode [stuNo=3, name=小明, mark=70]
StuNode [stuNo=4, name=小紅, mark=90]
有效節點個數=3

輸出

第二題思路，先遍歷出連結串列有效節點數size，在第size-k個就是倒數k個節點

實現程式碼：

//查詢單鏈表中的倒數第k個結點 【新浪面試題】
    //思路
    //1. 編寫一個方法，接收head節點，同時接收一個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，得到連結串列的總的長度 getLength
    //4. 得到size 後，我們從連結串列的第一個開始遍歷 (size-index)個，就可以得到
    //5. 如果找到了，則返回該節點，否則返回nulll
    public static StuNode findLastIndexNode(StuNode head, int index) {
        //判斷如果連結串列為空，返回null
        if(head.next == null) {
            return null;//沒有找到
        }
        //第一個遍歷得到連結串列的長度(節點個數)
        int size = getLength(head);
        //第二次遍歷  size-index 位置，就是我們倒數的第K個節點
        //先做一個index的校驗
        if(index <=0 || index > size) {
            return null;
        }
        //定義給輔助變數， for 迴圈定位到倒數的index
        StuNode cur = head.next; //3 // 3 - 1 = 2
        for(int i =0; i< size - index; i++) {
            cur = cur.next;
        }
        return cur;
    }

程式碼

public static void main(String[] args) {
        //進行測試
        //先建立節點
        StuNode hero1 = new StuNode(1, "張三", "85");
        StuNode hero2 = new StuNode(2, "李四", "87");
        StuNode hero3 = new StuNode(3, "小明", "70");
        StuNode hero4 = new StuNode(4, "小紅", "90");

        //建立要給連結串列
        SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();


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

        // 測試一下單鏈表的反轉功能
        System.out.println("原來連結串列的情況");
        singleLinkedList.list();

        singleLinkedList.del(2);
        System.out.println("刪除之後的連結串列");
        singleLinkedList.list();
        System.out.println("有效節點個數="+getLength(singleLinkedList.getHead()));
        StuNode stuNode = findLastIndexNode(singleLinkedList.getHead(),2);
        System.out.println("倒數第二個節點數是"+stuNode);
    }

main

原來連結串列的情況
StuNode [stuNo=1, name=張三, mark=85]
StuNode [stuNo=2, name=李四, mark=87]
StuNode [stuNo=3, name=小明, mark=70]
StuNode [stuNo=4, name=小紅, mark=90]
刪除之後的連結串列
StuNode [stuNo=1, name=張三, mark=85]
StuNode [stuNo=3, name=小明, mark=70]
StuNode [stuNo=4, name=小紅, mark=90]
有效節點個數=3
倒數第二個節點數是StuNode [stuNo=3, name=小明, mark=70]

輸出

第三題思路

1. 先定義一個節點 reverseHead = new StuNode();

2. 從頭到尾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.

3. 原來的連結串列的head.next = reverseHead.next

實現程式碼：

//將單鏈表反轉
    public static void reversetList(StuNode head) {
        //如果當前連結串列為空，或者只有一個節點，無需反轉，直接返回
        if(head.next == null || head.next.next == null) {
            return ;
        }

        //定義一個輔助的指標(變數)，幫助我們遍歷原來的連結串列
        StuNode cur = head.next;
        StuNode next = null;// 指向當前節點[cur]的下一個節點
        StuNode reverseHead = new StuNode(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
        //動腦筋
        while(cur != null) {
            next = cur.next;//先暫時儲存當前節點的下一個節點，因為後面需要使用
            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;
    }

程式碼

public static void main(String[] args) {
        //進行測試
        //先建立節點
        StuNode hero1 = new StuNode(1, "張三", "85");
        StuNode hero2 = new StuNode(2, "李四", "87");
        StuNode hero3 = new StuNode(3, "小明", "70");
        StuNode hero4 = new StuNode(4, "小紅", "90");

        //建立要給連結串列
        SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();


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

        // 測試一下單鏈表的反轉功能
        System.out.println("原來連結串列的情況");
        singleLinkedList.list();
        System.out.println("反轉連結串列的情況");
        reversetList(singleLinkedList.getHead());
        singleLinkedList.list();

        /*singleLinkedList.del(2);
        System.out.println("刪除之後的連結串列");
        singleLinkedList.list();
        System.out.println("有效節點個數="+getLength(singleLinkedList.getHead()));
        StuNode stuNode = findLastIndexNode(singleLinkedList.getHead(),2);
        System.out.println("倒數第二個節點數是"+stuNode);*/
    }

main

原來連結串列的情況
StuNode [stuNo=1, name=張三, mark=85]
StuNode [stuNo=2, name=李四, mark=87]
StuNode [stuNo=3, name=小明, mark=70]
StuNode [stuNo=4, name=小紅, mark=90]
反轉連結串列的情況
StuNode [stuNo=4, name=小紅, mark=90]
StuNode [stuNo=3, name=小明, mark=70]
StuNode [stuNo=2, name=李四, mark=87]
StuNode [stuNo=1, name=張三, mark=85]

輸出

第四題思路

1. 上面的題的要求就是逆序列印單鏈表.

2. 方式1：先將單鏈表進行反轉操作，然後再遍歷即可，這樣的做的問題是會破壞原來的單鏈表的結構，不建議

3. 方式2：可以利用棧這個資料結構，將各個節點壓入到棧中，然後利用棧的先進後出的特點，就實現了逆序列印的效果.

實現程式碼：

//方式2：
    //可以利用棧這個資料結構，將各個節點壓入到棧中，然後利用棧的先進後出的特點，就實現了逆序列印的效果
    public static void reversePrint(StuNode head) {
        if(head.next == null) {
            return;//空連結串列，不能列印
        }
        //建立要給一個棧，將各個節點壓入棧
        Stack<StuNode> stack = new Stack<StuNode>();
        StuNode 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()); //stack的特點是先進後出
        }
    }

程式碼

public static void main(String[] args) {
        //進行測試
        //先建立節點
        StuNode hero1 = new StuNode(1, "張三", "85");
        StuNode hero2 = new StuNode(2, "李四", "87");
        StuNode hero3 = new StuNode(3, "小明", "70");
        StuNode hero4 = new StuNode(4, "小紅", "90");

        //建立要給連結串列
        SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();


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

        // 測試一下單鏈表的反轉功能
        System.out.println("原來連結串列的情況");
        singleLinkedList.list();
        System.out.println("逆序列印單鏈表");
        reversePrint(singleLinkedList.getHead());

        /*singleLinkedList.del(2);
        System.out.println("刪除之後的連結串列");
        singleLinkedList.list();
        System.out.println("有效節點個數="+getLength(singleLinkedList.getHead()));
        StuNode stuNode = findLastIndexNode(singleLinkedList.getHead(),2);
        System.out.println("倒數第二個節點數是"+stuNode);*/
    }

main

原來連結串列的情況
StuNode [stuNo=1, name=張三, mark=85]
StuNode [stuNo=2, name=李四, mark=87]
StuNode [stuNo=3, name=小明, mark=70]
StuNode [stuNo=4, name=小紅, mark=90]
逆序列印單鏈表
StuNode [stuNo=4, name=小紅, mark=90]
StuNode [stuNo=3, name=小明, mark=70]
StuNode [stuNo=2, name=李四, mark=87]
StuNode [stuNo=1, name=張三, mark=85]

輸出

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