数据结构系列四:链表

一、链表的概念和结构

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,在逻辑上连续,物理内存上不连续
链表的形式有很多,我们主要掌握两种:

  1. 无头单向非循环链表:结构简单,一般不会单独用来存数据,实际中更多的是作为其他数据结构的子结构,如哈希桶、图的邻接表等等,另外这种结构在笔试面试中会出现很多
  2. 无头双向链表:在Java的集合框架库中LinkedList底层实现就是无头双向链表

二、无头单向非循环链表的实现

1. 定义一个链表

public class MySingleList {
    static class ListNode {
        public ListNode next;//下一个节点的地址
        public int val;//节点的值域

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

2. 创建节点

            public void creatList(){
            ListNode node1 = new ListNode(12);
            ListNode node2 = new ListNode(23);
            ListNode node3 = new ListNode(34);
            ListNode node4 = new ListNode(45);
            ListNode node5 = new ListNode(56);

这样之后我们只创建了单独的数据,如图所示
在这里插入图片描述

3.形成链表

            node1.next = node2;
            node2.next = node3;
            node3.next = node4;
            node4.next = node5;

            this.head = node1;

在这里插入图片描述

三、无头单向非循环链表的几种方法

1.打印元素

定义一个cur相当于head,如果cur不等于空,那么就打印对应的内容

在这里插入图片描述

public void display(){
        ListNodes cur = head;
        while (cur != null){
            System.out.print(cur.val + " ");
            cur = cur.next;
        }
        System.out.println();
    }
//输出结果
12 23 34 45 56 

Process finished with exit code 0

2.头插法

在head的前面插入一个元素,注意,在插入的的时候先绑定后面的节点信息

在这里插入图片描述

public void addFirst(int data){
        ListNodes nodes = new ListNodes(data);
        nodes.next = head;
        head = nodes;
    }
//输出结果
666 12 23 34 45 56 

Process finished with exit code 0

3.尾插法

当cur.next==null时说明整个链表遍历完成了,cur所指向的节点就是尾巴节点,是最后一个节点的位置

在这里插入图片描述

public void addLast(int data){
        ListNodes nodes = new ListNodes(data);
        ListNodes cur = head;
        if (cur == null){
            head = nodes;
            return;
        }
        while (cur.next != null){
            cur = cur.next;
        }
        cur.next = nodes;
    }
//输出结果
12 23 34 45 56 666 

Process finished with exit code 0

4.得到单链表的长度

public int  size(){
        ListNodes cur = head;
        int count = 0;
        while (cur != null){
            count++;
            cur = cur.next;
        }
        return count;
    }
//输出结果
7

Process finished with exit code 0

5.任意位置插入

需要判断是否为第一个和最后一个节点然后再进行插入

在这里插入图片描述

public ListNodes findnodeSubone(int index){
        ListNodes cur = head;
        while (index -1 != 0){
            cur = cur.next;
            index--;
        }
        return cur;
    }
    public void addIndex(int index,int data){
        if (index < 0 || index > size()){
            System.out.println("位置不合法!");
        }
        if (index == 0 ){
            addFirst(data);
            return;
        }
        if (index == size()){
            addLast(data);
            return;
        }
        ListNodes cur = findnodeSubone(index);
        ListNodes nodes = new ListNodes(data);
        nodes.next = cur.next;
        cur.next = nodes;
    }
//运行结果
666 12 23 666 34 45 56 666 

Process finished with exit code 0

6.查找是否包含关键字key在单链表中

public boolean contains(int key){
        ListNodes cur = head;
        while (cur != null){
            if (cur.val == key){
                return true;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return false;
    }
//运行结果
true

Process finished with exit code 0

7.删除第一次出现关键字key的节点

public ListNodes Search(int key){
        ListNodes cur = head;
        while (cur.next != null){
            if (cur.next.val == key){
                return cur;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return null;
    }
    public void remove(int key){
        if (head == null){
            return;
        }
        if (head.val == key){
            head = head.next;
            return;
        }
        ListNodes cur = Search(key);
        if (cur ==null){
            System.out.println("没有要删除的数字");
            return;
        }
        ListNodes del = cur.next;
        cur.next = del.next;
    }
//输出结果
12 23 666 34 45 56 666 

Process finished with exit code 0

8.删除所有值为key的节点

cur代表当前要删除的节点,prev代表要删除节点的前驱

public void removeAll(int key){
        ListNodes cur = head;
        ListNodes prev = Search(key);
        if (head == null){
            return;
        }
        while (cur != null){
            if (cur.val == key){
                prev.next = cur.next;
                cur = cur.next;
            }
            else {
                prev = cur;
                cur = cur.next;
            }
        }
        if (head.val == key){
            head = head.next;
        }
    }
    
//输出结果
12 23 34 45 56 

Process finished with exit code 0

9.清空单链表

只需让头节点为空即可

 public void clean(){
        this.head = null;
    }
//输出结果

Process finished with exit code 0

四、无头双向链表的模拟实现

1.头插法

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

2.尾插法

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

3.任意位置插入

public ListNode search(int index){
            ListNode cur = head;
            while (index != 0){
                cur = cur.next;
                index--;
            }
            return cur;
        }
        public void addIndex(int data,int index){
            if (index < 0 || index > size()){
                //throw new no("位置不合法");
            }
            if (index == 0){
                addFirst(data);
            }
            if (index == size()){
                addLast(data);
            }
            ListNode cur = search(index);
            ListNode node = new ListNode(data);
            node.next = cur;
            cur.prev .next = node;
            node.prev = cur.prev;
            cur.prev = node;
        }

4.删除第一次出现关键字key的节点

public void remove(int key){
            ListNode cur = head;
            while (cur != null){
                if (cur.val == key){
                    if (cur == head){
                        //删除头节点
                        head = head.next;
                        if (head != null){
                            //考虑只有一个节点的情况下
                            head.prev = null;
                        }else {
                            last =null;
                        }
                    }else {
                        //删除中间节点和尾巴节点
                        if (cur.next != null){
                            cur.prev.next = cur.next;
                            cur.next.prev = cur.prev;
                        }else {
                            cur.prev.next = cur.next;
                            last = last.prev;
                        }
                    }
                    return;
                }else {
                    cur = cur.next;
                }
            }
        }

5.删除所有值为key的节点

public void removeAll(int key){
            ListNode cur = head;
            while (cur != null){
                if (cur.val == key){
                    if (cur == head){
                        //删除头节点
                        head = head.next;
                        if (head != null){
                            //考虑只有一个节点的情况下
                            head.prev = null;
                        }else {
                            last =null;
                        }
                    }else {
                        //删除中间节点和尾巴节点
                        if (cur.next != null){
                            cur.prev.next = cur.next;
                            cur.next.prev = cur.prev;
                        }else {
                            cur.prev.next = cur.next;
                            last = last.prev;
                        }
                    }
                    cur = cur.next;
                }else {
                    cur = cur.next;
                }
            }
        }

6.清除链表

public void clear(){
            ListNode cur = head;
            while (cur != null){
                ListNode curNext = cur.next;
                cur.prev = null;
                cur.next = null;
                cur = curNext;
            }
            head = null;
            last = null;
        }

五、LinkedList

什么是LinkedList?
LinkedList的底层是双向链表结构,由于链表没有将元素存储在连续的空间中,元素存储在单独节点中,然后通过引用将节点链接起来了,因此在任意位置插入或者删除元素时,不需要搬移元素,效率比较高

1.LinkedList的使用

LinkedList的构造

public class test {
    public static void main(String[] args) {
        //构造一个空的LinkedList
        List<Integer> list = new LinkedList<>();
        List<String> list1 = new LinkedList<>();
        list1.add("hello");
        list.add(666);
        System.out.println(list);
        System.out.println(list1);
    }
}

2.LinkedList的常用方法

在这里插入图片描述

3.ArrayList和LinkedList的区别

  1. ArrayList在物理上连续存储,LinkedList在逻辑上连续存储,在物理上不一定连续存储
  2. ArrayList头插效率低,插入需要扩容,LinkedList没有容量的概念
  3. 应用场景:ArrayList应用于元素高效存储+频繁访问,LinkedList适用于在任意位置插入和删除数据
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