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Java数据结构和算法之链表详解

作者：權sir

链表是一种物理存储单元上非连续、非顺序的存储结构,java代码实现单链表,插入,删除和遍历等功能,这篇文章主要给大家介绍了关于Java数据结构和算法之链表的相关资料,需要的朋友可以参考下

前言

在前面我们已经学习了关于顺序表ArrayList的一些基本操作。通过源码知道，ArrayList底层使用数组来存储元素，由于其底层是一段连续空间，当在ArrayList任意位置插入或者删除元素时，就需要将后序元素整体往前或者往后搬移，时间复杂度为O(n)，效率比较低，因此ArrayList不适合做任意位置插入和删除比较多的场景。因此：java集合中又引入了LinkedList，即链表结构

一、链表的概念及结构

链表是一种物理存储结构上非连续存储结构，数据元素的逻辑顺序是通过链表中的引用链接次序实现的

注意：

1.链式结构在逻辑上是连续的，但是在物理上不一定连续

2.现实中的结点一般都是从堆上申请出来的

3.从堆上申请的空间，是按照一定的策略来分配的，两次申请的空间可能是连续，也可能不连续

链表的结构有8种样式：

这里我们主要学习以下两中结构：

单向不带头非循坏

LinkedList底层使用的就是双向不带头非循坏

二、单向不带头非循坏链表的实现

创建一个类：

public class MySingleList {
    static class ListNode {
        public int val;
        public ListNode next;

        public ListNode(int val) {
            this.val = val;
        }
    }
    //链表的头节点
    public ListNode head;
}

2.1打印链表

不带参数的打印

public void display() {
    ListNode cur = head;
    if(cur != null) {//遍历完所以节点
        System.out.print(cur.val+" ");
        cur = cur.next;
    }
    System.out.println();
}

带参数的打印

public void display(ListNode newHead) {
    ListNode cur = newHead;
    if(cur != null) {
        System.out.print(cur.val+" ");
        cur = cur.next;
    }
    System.out.println();
}

2.2求链表的长度

public int size(){
    ListNode cur = head;
    int count = 0;
    while (cur != null) {
        count++;
        cur = cur.next;
    }
    return count;
}

2.3头插法

public void addFirst(int data){
    ListNode node = new ListNode(data);
    node.next = head;
    head = node;
}

2.4尾插法

public void addLast(int data){
    ListNode node = new ListNode(data);
    if(head == null) {
        head = node;
    }else {
        ListNode cur = head;
        while (cur.next != null) {//走到最后一个节点的位置
            cur = cur.next;
        }
        cur.next = node;
    }
}

2.5任意位置插入

在任意位置插入时我们要判断该位置是否合法，不合法的时候要抛一个异常

  public void addIndex(int index,int data){
      if(index < 0 || index > size()) {
          throw new IndexException("index位置不合法："+index);
      }
      ListNode node = new ListNode(data);
      if(head == null) {
          head = node;
          return;
      }
      if(index == 0) {
          addFirst(data);
          return;
      }
      if(index == size()) {
          addLast(data);
          return;
      }
      //中间插入
      ListNode cur = serchIndex(index);
      node.next = cur.next;
      cur.next = node;
}

找要添加节点位置的前一个节点

public ListNode serchIndex(int index) {
    ListNode cur = head;
    int count = 0;
    while (count != index-1) {
        cur = cur.next;
        count++;
    }
    return cur;
}

2.6查找是否包含某个元素的节点

遍历这个链表找是否与这个元素相同

public boolean contains(int key){
    ListNode cur = head;
    while (cur != null) {
        if(cur.val == key) {
            return true;
        }
        cur = cur.next;
    }
    return false;
}

2.7删除第一次出现这个元素的节点

public void remove(int key){
    if(head == null) {
        return;
    }
    if(head.val == key) {
        head = head.next;
        return;
    }
    ListNode cur = findKey(key);
    if(cur == null) {
        return;//没有要删除的元素
    }
    ListNode del = cur.next;
    cur.next = del.next;
}

要删除节点的前一个节点

public ListNode findKey(int key) {
    ListNode cur = head;
    while (cur.next != null) {
        if(cur.next.val == key) {
            return cur;
        }else {
            cur = cur.next;
        }
    }
    return null;
}

2.8删除包含这个元素的所以节点

public void removeAllKey(int key){
    if(head == null) {
        return;
    }
    ListNode prev = head;
    ListNode cur = head.next;
    while (cur != null){
        if(cur.val == key) {
            prev.next = cur.next;
            cur = cur.next;
        }else {
            prev = cur;
            cur = cur.next;
        }
    }
    //除了头节点外，其余都删完了
    if(head.val == key) {
        head = head.next;
    }
}

2.9清空链表

清空链表只需要把头节点置为空

public void clear() {
    head = null;
}

单向链表的测试

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        MySingleList list = new MySingleList();
        list.addLast(30);//尾插
        list.addLast(20);
        list.addLast(30);
        list.addLast(40);
        list.addLast(50);
        list.addFirst(100);//头插
        list.addIndex(2,15);//任意位置插入
        list.display();
        System.out.println("*****");
        System.out.println(list.contains(20));//查看是否包含某个节点
        System.out.println("*****");
        System.out.println(list.size());//求链表长度
        System.out.println("*****");
        list.remove(30);//删除第一个出现的节点
        list.display();
        list.removeAllKey(30);//删除包含这个元素的所以节点
        System.out.println("*****");
        list.display();
        System.out.println("*****");
        list.clear();//清空链表
        list.display();
    }
}

三、双向不带头非循坏链表的实现

创建一个类：

static class ListNode {
        public int val;
        public ListNode next;
        public ListNode prev;

        public ListNode(int val) {
            this.val = val;
        }
    }
    public ListNode head;
    public ListNode last;
}

3.1打印双向链表

public void display(){
    ListNode cur = head;
    while (cur != null) {
        System.out.print(cur.val+" ");
        cur = cur.next;
    }
    System.out.println();
}

3.2求双向链表的长度

public int size(){
    int count = 0;
    ListNode cur = head;
    while (cur != null) {
        count++;
        cur = cur.next;
    }
    return count;
}

3.3头插法

public void addFist(int data) {
    ListNode node = new ListNode(data);
    if(head == null) {//一个节点都没有的情况
        head = node;
        last = node;
    }else {
        node.next = head;
        head.prev = node;
        head = node;
    }
}

3.4尾插法

public void addLast(int data) {
    ListNode node = new ListNode(data);
    if(head == null) {//一个节点都没有的情况
        head = node;
        last = node;
    }else {
        last.next = node;
        node.prev = last;
        last = node;
    }
}

3.5任意位置插入

这里的插入与单向链表一样也需要判断该位置的合法性，不合法时抛一个异常

public void addIndex(int index,int data) {
    if(index < 0 || index > size()) {
        throw new IndexException("双向链表中index的位置不合法："+index);
    }
    if(index == 0) {
        addFist(data);
    }
    if(index == size()) {
        addLast(data);
    }
    ListNode cur = findIndex(index);
    ListNode node = new ListNode(data);
    node.next = cur;
    cur.prev.next = node;
    node.prev = cur.prev;
    cur.prev = node;
}

要添加节点的位置

public ListNode findIndex(int index) {
    ListNode cur = head;
    if(index != 0) {
        cur = cur.next;
        index --;
    }
    return cur;
}

3.6查找是否包含某个元素的节点

public boolean contains(int key){
    ListNode cur = head;
    while (cur != null) {
        if(cur.val == key) {
            return true;
        }
        cur = cur.next;
    }
    return false;
}

3.7删除第一次出现这个元素的节点

因为数据结构是一门逻辑性非常严谨的学科，所以这里的删除需要考虑多种因素

public void remove(int key){
    ListNode cur = head;
    while (cur != null) {
        if(cur.val == key) {
            if(cur == head) {
                head = head.next;
                if (head != null) {
                    head.prev = null;
                }else {
                    //只有一个节点，而且是需要删除的节点
                    last = null;
                }
            }else {
                //删除中间节点
                if(cur.next != null) {
                    cur.next.prev = cur.prev;
                    cur.prev.next = cur.next;
                }else {
                    //删除尾巴节点
                    cur.prev.next = cur.next;
                    last = last.prev;
                }
            }
            return;
        }
        cur = cur.next;
    }
}

3.7删除包含这个元素的所有节点

public void remove(int key){
    ListNode cur = head;
    while (cur != null) {
        if(cur.val == key) {
            if(cur == head) {
                head = head.next;
                if (head != null) {
                    head.prev = null;
                }else {
                    //只有一个节点，而且是需要删除的节点
                    last = null;
                }
            }else {
                //删除中间节点
                if(cur.next != null) {
                    cur.next.prev = cur.prev;
                    cur.prev.next = cur.next;
                }else {
                    //删除尾巴节点
                    cur.prev.next = cur.next;
                    last = last.prev;
                }
            }
        }
        cur = cur.next;
    }
}

3.9清空双向链表

public void clear(){
    ListNode cur = head;
    while (cur != null) {
        ListNode curNext = cur.next;
        cur.prev = null;
        cur.next = null;
        cur = cur.next;
    }
    head = null;//头节点置空
    last = null;//尾巴节点置空
}

双向链表的测试

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        MyLinkedList myLinkedList = new MyLinkedList();
        myLinkedList.addLast(12);//尾插法
        myLinkedList.addLast(45);
        myLinkedList.addLast(34);
        myLinkedList.addLast(45);
        myLinkedList.addFist(56);//头插法
        myLinkedList.addIndex(2,15);//任意位置插入
        myLinkedList.display();
        System.out.println(myLinkedList.size());//求双向链表的长度
        System.out.println("******");
        System.out.println(myLinkedList.contains(23));//查找是否包含某个元素的节点
        System.out.println("******");
        myLinkedList.remove(45);//删除第一次出现这个元素的节点
        myLinkedList.display();
        System.out.println("******");
        myLinkedList.removeAllKey(45);//删除包含这个元素的所以节点
        myLinkedList.display();
        System.out.println("******");
        myLinkedList.clear();//清空链表
        myLinkedList.display();
    }
}

LinkedList的遍历方式

关于LinkedList的遍历方式有四种：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedList<Integer> list = new LinkedList<>();
        list.add(1);
        list.add(2);
        list.add(3);
        list.add(4);
        System.out.println(list);
        //for循坏遍历
        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
            System.out.print(list.get(i)+" ");
        }
        System.out.println();
        System.out.println("*******");
        //foreach遍历
        for (int m : list) {
            System.out.print(m +" ");
        }
        System.out.println();
        System.out.println("*******");
        //使用迭代器——正向遍历
        ListIterator<Integer> it = list.listIterator();
        while (it.hasNext()) {
            System.out.print(it.next()+" ");
        }
        System.out.println();
        System.out.println("*******");
        //使用迭代器——反向遍历
        ListIterator<Integer> it2 = list.listIterator(list.size());
        while (it2.hasPrevious()) {
            System.out.print(it2.previous()+" ");
        }
        System.out.println();
    }
}

四、ArrayList和LinkedList的区别

1.ArrayList在物理上是连续的，LinkedList在逻辑上连续，但在物理上不一定连续

2.ArrayList和LinkedList是两种不同的数据结构。ArrayList是基于动态数组的，而LinkedList则是基于链表的

3.当需要随机访问元素（如get和set操作）时，ArrayList效率更高，因为LinkedList需要逐个查找。但当进行数据的增加和删除操作（如add和remove操作）时，LinkedList效率更高，因为ArrayList在进行这些操作时需要移动大量数据

4.ArrayList需要手动设置固定大小的容量，使用方便但自由性低；而LinkedList能够随数据量变化而动态调整，自由性较高但使用较为复杂

到此这篇关于Java数据结构和算法之链表的文章就介绍到这了,更多相关Java链表内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！

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