MATLAB语言的单向链表

最新推荐文章于 2025-06-12 18:29:32 发布

白皓云

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分类专栏：包罗万象文章标签： golang 开发语言后端

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MATLAB语言中的单向链表

引言

在计算机科学中，数据结构是理解和处理数据的基础。而链表是其中一种重要而常用的数据结构。链表相较于数组，其动态性和灵活性使其在许多应用场景中具有独特的优势。在众多链表类型中，单向链表是最基本、最常用的一种。在MATLAB中，尽管它主要用于数值计算，但是我们可以利用其面向对象的特性来实现单向链表。本文将详细介绍单向链表的概念、结构和在MATLAB中的实现，包括基本操作如插入、删除、查找和遍历。

1. 单向链表的基本概念

单向链表是一种线性数据结构，由一系列节点组成。每个节点由数据域和一个指向下一个节点的指针组成。与数组不同，链表的大小是动态的，节点的增删不会导致整个结构的重新组织，因此在某些场合下，其性能优于数组。

1.1 节点结构

单向链表的基本单元是节点，每个节点至少包含两个部分： - 数据域（data）：存储实际的数据。 - 指针域（next）：指向下一个节点的地址。

```matlab classdef ListNode properties data % 数据 next % 指向下一个节点的指针 end

methods
    function obj = ListNode(data)
        obj.data = data; % 初始化数据域
        obj.next = [];   % 初始化指针域为空
    end
end

end ```

1.2 链表结构

链表的结构通常包含一个头指针（head），指向链表的第一个节点。当链表为空时，头指针为null。

```matlab classdef SinglyLinkedList properties head % 链表头 end

methods
    function obj = SinglyLinkedList()
        obj.head = []; % 初始化为空
    end

    % 其他方法将在下面定义
end

end ```

2. 单向链表的基本操作

对单向链表的基本操作包括插入、删除、查找和遍历。下面将分别对这些操作进行详细讲解。

2.1 插入操作

插入操作可以在链表的头部、尾部或指定位置进行。

在头部插入

在链表的头部插入节点，需要将新节点的next指向当前的头节点，然后更新头节点为新节点。

matlab function obj = insertAtHead(obj, data) newNode = ListNode(data); % 创建新节点 newNode.next = obj.head; % 新节点的next指向当前头节点 obj.head = newNode; % 更新头节点 end

在尾部插入

在尾部插入需要遍历链表找到最后一个节点，然后将其next指向新节点。

matlab function obj = insertAtTail(obj, data) newNode = ListNode(data); % 创建新节点 if isempty(obj.head) % 处理空链表 obj.head = newNode; % 头节点指向新节点 else current = obj.head; % 从头节点开始遍历 while ~isempty(current.next) current = current.next; % 遍历到最后一个节点 end current.next = newNode; % 将最后一个节点的next指向新节点 end end

在指定位置插入

在指定位置插入需要找到该位置的前一个节点，然后调整指针。

```matlab function obj = insertAtPosition(obj, data, position) newNode = ListNode(data); if position == 1 obj = insertAtHead(obj, data); % 插入到头部 return; end

current = obj.head;
for i = 1:(position-2)
    if isempty(current)
        error('要插入的位置超出链表范围');
    end
    current = current.next;  % 遍历到指定位置的前一个节点
end
newNode.next = current.next; % 新节点的next指向当前节点的next
current.next = newNode;       % 当前节点的next指向新节点

end ```

2.2 删除操作

删除操作有多种情况，包括删除头节点、尾节点和指定位置的节点。

删除头节点

删除头节点只需将头指针后移一位。

matlab function obj = deleteHead(obj) if isempty(obj.head) error('链表为空，无法删除'); % 处理空链表 end obj.head = obj.head.next; % 将头指针后移 end

删除尾节点

删除尾节点需要遍历到倒数第二个节点，然后将其next指向空。

matlab function obj = deleteTail(obj) if isempty(obj.head) error('链表为空，无法删除'); % 处理空链表 end if isempty(obj.head.next) obj.head = []; % 只有一个节点时，直接设置头指针为空 return; end current = obj.head; while ~isempty(current.next.next) current = current.next; % 遍历到倒数第二个节点 end current.next = []; % 将倒数第二个节点的next指向空，删除最后一个节点 end

删除指定位置的节点

删除指定位置的节点需要找到该位置的前一个节点，并调整指针。

```matlab function obj = deleteAtPosition(obj, position) if position == 1 obj = deleteHead(obj); % 删除头节点 return; end

current = obj.head;
for i = 1:(position-2)
    if isempty(current.next)
        error('要删除的位置超出链表范围');
    end
    current = current.next;  % 找到指定位置的前一个节点
end
if isempty(current.next)
    error('要删除的位置超出链表范围');
end
current.next = current.next.next; % 将当前节点的next指向要删除节点的next

end ```

2.3 查找操作

查找操作用于查找链表中是否存在某个元素。

matlab function found = search(obj, data) current = obj.head; while ~isempty(current) if current.data == data found = true; % 找到元素 return; end current = current.next; % 遍历下一个节点 end found = false; % 没有找到元素 end

2.4 遍历操作

遍历链表是访问链表中每一个节点的过程。通常可以用于打印链表的所有元素。

matlab function printList(obj) current = obj.head; while ~isempty(current) fprintf('%d -> ', current.data); % 打印当前节点的数据 current = current.next; % 转到下一个节点 end fprintf('null\n'); % 遍历完毕 end