链表
1、单链表
链表是有序的列表,但是它在内存中存储如下:
小结:
- 链表是以节点的方式来存储,是链式存储。
- 每一个节点包含data域,next域:指向下一个节点。
- 链表的各个节点不一定是连续存储。
- 链表分带头节点的链表和没有头节点的链表,根据实际的需求来确定。
1.1单链表的应用(使用带head头的单向链表实现-水浒英雄排行榜管理)
- 完成对英雄人物的增删改查操作.
- 第一种方式在添加英雄时,直接添加到链表的尾部。
- 第二种方式在添加英雄时,根据排名将英雄插入到指定的位置(如果这个排名存在,则添加失败,并给出提示)
1.1.1 方式一,添加到链表的尾部
添加(创建):
- 先创建一个head头节点,作用是表示单链表的头。
- 后面我们每添加一个节点,就直接加入到链表的最后。
- 遍历:通过一个辅助变量变量,帮助遍历整个链表。
具体代码:
//先初始化一个头节点,头节点不要动,不存放具体的数据
private HeroNode head=new HeroNode(0, "", "");
/**添加结点到单向链表最后
* 思路
* 1、找到当前链表的最后一个结点
* 2、将最后一个结点的next指向新的结点
*/
public void add(HeroNode heroNode) {
//设置一个辅助变量
HeroNode temp=head;
boolean flag=false; //判断是否已经存在
while(true) {
//判断是否到达链表最后
if(temp.next==null) {
break;
}
//判断是否已经存在
if(temp.next.no==heroNode.no) {
flag=true;
break;
}
//不是最后就继续后移
temp=temp.next;
}
if(flag) {
System.out.println("英雄编号"+heroNode.no+"已经存在!");
}else {
//到达最后的节点以后,指向新的结点
temp.next=heroNode;
}
}
1.1.2 方式二,添加到指定的位置
添加(创建):
- 首先找到新添加的节点的位置,是通过辅助变量(指针),遍历找到。
- 新节点.next=temp.next。
- 将temp.next=新的节点。
- 如图:
具体代码:
//根据排名添加英雄
public void addByOrder(HeroNode heroNode) {
//定义一个辅助变量、一个标识(用于查看新的结点是否存在)
HeroNode temp=head;
boolean flag=false;
while(true) {
if(temp.next==null) {
break;
}
//比较辅助变量的下一结点的编号 和 插入的结点编号的大小
if(temp.next.no>heroNode.no) {
break;
}
//判断是否已经存在
if(temp.next.no==heroNode.no) {
flag=true;
break;
}
//用于遍历
temp=temp.next;
}
if(flag) {
System.out.println("英雄编号"+heroNode.no+"已经存在!");
return;
}else {
//插入到链表中
heroNode.next=temp.next;
temp.next=heroNode;
}
}
1.1.3 修改节点的信息
思路:
- 修改节点的信息,根据编号来修改。
- 根据编号找到这个节点,再将对应的值赋值给这个节点。
具体代码:
//修改结点的信息,通过no编号来修改
public void update(HeroNode newheroNode) {
//判空处理
if(head.next==null ) {
System.out.println("链表为空!");
return;
}
//找到需要修改的结点
HeroNode temp=head.next;
//标识是否找的要修改的结点编号
boolean flag=false;
while(true) {
if(temp==null) {
break;//遍历完了
}
//找到
if(temp.no==newheroNode.no) {
flag=true;
break;
}
temp=temp.next;//推动遍历
}
if(flag){
//将要修改的编号的信息填入
temp.name=newheroNode.name;
temp.nickname=newheroNode.nickname;
}else {
System.out.println("您要修改的编号"+newheroNode.no+"没有找到!");
}
}
1.1.4 删除节点的信息
思路:
- 先找到需要删除的这个节点的前一个节点temp
- temp.next=temp.next.next;
- 被删除的节点,将不会有其他的引用指向,会被垃圾回收机制回收。
具体代码:
//从单链表中删除指定的结点
public void delete(int no) {
HeroNode temp=head;
boolean flag=false;
while(true) {
//表示遍历完了
if(temp.next==null) {
break;
}
//找到了
if(temp.next.no==no) {
flag=true;
break;
}
temp=temp.next;
}
if(flag) {
//temp==temp.next==temp.next.next||现在要删除temp.next
temp.next=temp.next.next;
}else {
System.out.println("您要删除的编号"+no+"没有找到!");
}
}
1.1.5 完整代码
main测试,list查看,完整的HeroNode
public class SingleLinkedListDemo {
public static void main(String[] args) {
HeroNode hero1 = new HeroNode(1,"宋江","及时雨");
HeroNode hero2 = new HeroNode(2,"卢俊义","玉麒麟");
HeroNode hero3 = new HeroNode(3,"吴用","智多星");
HeroNode hero4 = new HeroNode(4,"林冲","豹子头");
SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
//添加【依次添加,不按编号顺序】
// singleLinkedList.add(hero3);
singleLinkedList.add(hero1);
singleLinkedList.add(hero4);
singleLinkedList.add(hero2);
singleLinkedList.add(hero2);
System.out.println("不按编号顺序的链表:");
singleLinkedList.list();
//添加【按编号顺序】
// singleLinkedList.addByOrder(hero2);
// singleLinkedList.addByOrder(hero1);
// singleLinkedList.addByOrder(hero4);
singleLinkedList.addByOrder(hero3);
System.out.println("按编号顺序的链表:");
singleLinkedList.list();
HeroNode newhero = new HeroNode(2,"小卢","*玉麒麟*~");
singleLinkedList.update(newhero);
System.out.println("经过修改操作后的链表:");
singleLinkedList.list();
singleLinkedList.delete(1);
System.out.println("经过删除操作后的链表:");
singleLinkedList.list();
}
}
//定义SingleLinkedList,用于管理我们的英雄
class SingleLinkedList{
//先初始化一个头节点,头节点不要动,不存放具体的数据
private HeroNode head=new HeroNode(0, "", "");
/**添加结点到单向链表
* 思路
* 1、找到当前链表的最后一个结点
* 2、将最后一个结点的next指向新的结点
*/
public void add(HeroNode heroNode) {
//设置一个辅助变量
HeroNode temp=head;
boolean flag=false; //判断是否已经存在
while(true) {
//判断是否到达链表最后
if(temp.next==null) {
break;
}
//判断是否已经存在
if(temp.next.no==heroNode.no) {
flag=true;
break;
}
//不是最后就继续后移
temp=temp.next;
}
if(flag) {
System.out.println("英雄编号"+heroNode.no+"已经存在!");
}else {
//到达最后的节点以后,指向新的结点
temp.next=heroNode;
}
}
//根据排名添加英雄
public void addByOrder(HeroNode heroNode) {
//定义一个辅助变量、一个标识(用于查看新的结点是否存在)
HeroNode temp=head;
boolean flag=false;
while(true) {
if(temp.next==null) {
break;
}
//比较辅助变量的下一结点的编号 和 插入的结点编号的大小
if(temp.next.no>heroNode.no) {
break;
}
//判断是否已经存在
if(temp.next.no==heroNode.no) {
flag=true;
break;
}
//用于遍历
temp=temp.next;
}
if(flag) {
System.out.println("英雄编号"+heroNode.no+"已经存在!");
return;
}else {
//插入到链表中
heroNode.next=temp.next;
temp.next=heroNode;
}
}
//修改结点的信息,通过no编号来修改
public void update(HeroNode newheroNode) {
//判空处理
if(head.next==null ) {
System.out.println("链表为空!");
return;
}
//找到需要修改的结点
HeroNode temp=head.next;
//标识是否找的要修改的结点编号
boolean flag=false;
while(true) {
if(temp==null) {
break;//遍历完了
}
//找到
if(temp.no==newheroNode.no) {
flag=true;
break;
}
temp=temp.next;
}
if(flag){
//将要修改的编号的信息填入
temp.name=newheroNode.name;
temp.nickname=newheroNode.nickname;
}else {
System.out.println("您要修改的编号"+newheroNode.no+"没有找到!");
}
}
//从单链表中删除指定的结点
public void delete(int no) {
HeroNode temp=head;
boolean flag=false;
while(true) {
//表示遍历完了
if(temp.next==null) {
break;
}
//找到了
if(temp.next.no==no) {
flag=true;
break;
}
temp=temp.next;
}
if(flag) {
//temp==temp.next==temp.next.next||现在要删除temp.next
temp.next=temp.next.next;
}else {
System.out.println("您要删除的编号"+no+"没有找到!");
}
}
//查看链表数据
public void list() {
//设置一个辅助变量
HeroNode temp=head.next;
//判断链表是否为空
if(temp==null) {
System.out.println("该链表为空!");
return;
}
//遍历
while(true) {
//判断是否到最后
if(temp==null) {
break;
}
//输出节点的信息
System.out.println(temp);
//将节点后移
temp=temp.next;
}
}
}
//定义HeroNode,每一个对象都是一个结点
class HeroNode{
public int no;
public String name;
public String nickname;
public HeroNode next; //指向下一个结点
//构造器
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 + "]";
}
}
2、双向链表
2.1双向链表的应用(使用带head头的双向链表实现-水浒英雄排行榜管理)
单向链表的缺点分析:
1) 单向链表,查找的方向只能是一个方向,而双向链表可以向前或者向后查找。
2) 单向链表不能自我删除,需要辅助节点,而双向链表则可以自我删除,在单向链表中的删除,我们总是找到temp(temp是待删除节点的前一个节点)
双向链表如图:
2.1.1 思路分析
- 遍历
方法和单向链表一样,只是可以向前,也可以向后查找。 - 添加(默认添加到双向链表的最后)
(1)先找到双向链表的最后这个节点。
(2)temp.next=newHeroNode;
(3)newHeroNode.pre=temp; - 修改
和单向链表的思路和原理一样。 - 删除
(1)因为是双向链表,因此,我们可以实现自我删除某个节点。
(2)直接找到要删除的这个节点。
(3)temp.pre.next=temp.next;
(4)temp.next.pre=temp.pre;(这里需要判断是否为最后一个节点)
(5)如图 :
2.1.2 完整代码
public class DoubleLinkedListDemo {
public static void main(String[] args) {
HeroNode hero1=new HeroNode(1, "宋江", "及时雨");
HeroNode hero2=new HeroNode(2, "吴用", "智多星");
HeroNode hero3=new HeroNode(3, "卢俊义", "玉麒麟");
HeroNode hero4=new HeroNode(4, "林冲", "豹子头");
HeroNode hero5=new HeroNode(5, "张顺", "浪里白条");
HeroNode hero6=new HeroNode(6, "公孙胜", "入云龙");
HeroNode hero7=new HeroNode(6, "公孙胜", "入云龙~~");
DoubleLinkedList DLL=new DoubleLinkedList();
DLL.add(hero1);
// DLL.add(hero2);
DLL.add(hero3);
DLL.add(hero4);
DLL.add(hero5);
DLL.addByOrder(hero2);
DLL.addByOrder(hero6);
System.out.println("原始双向链表:");
DLL.list();
DLL.update(hero7);
System.out.println("修改操作后的双向链表:");
DLL.list();
DLL.delete(6);
System.out.println("删除操作后的双向链表:");
DLL.list();
}
}
class DoubleLinkedList{
//先初始化一个头节点,头节点不要动
private HeroNode head=new HeroNode(0, "", "");
//获取头节点
public HeroNode getHead() {
return head;
}
//查看链表数据
public void list() {
//设置一个辅助变量
HeroNode temp=head;
//判断链表是否为空
if(temp.next==null) {
System.out.println("链表为空!");
return;
}
while(true) {
if(temp.next==null) {
break;
}
//后移
temp=temp.next;
System.out.println(temp);
}
}
//添加默认添加到链表的末尾
public void add(HeroNode headNode) {
//辅助变量
HeroNode temp=head;
boolean flag=false; //用于判断要添加的结点是否已经存在
while(true) {
if(temp.next==null) {
//此时已经遍历完了
break;
}
//判断是否已经存在
if(temp.next.no==headNode.no) {
flag=true;
break;
}
//后移,遍历
temp=temp.next;
}
if(flag) {
System.out.println("英雄编号"+headNode.no+"已经存在!");
return;
}else {
//到达最后的节点以后,指向新的结点
temp.next=headNode;
//最后一个结点的pre指向前一个结点
headNode.pre=temp;
}
}
//修改结点信息
public void update(HeroNode newHeroNode) {
HeroNode temp=head.next;
boolean flag=false; //辨识要修改的结点是否存在
if(temp==null) {
System.out.println("链表为空!");
return;
}
while(true) {
if(temp==null) {
break;
}
if(temp.no==newHeroNode.no) {
flag=true;
break;
}
temp=temp.next;
}
if(flag) {
temp.name=newHeroNode.name;
temp.nickname=newHeroNode.nickname;
return;
}else {
System.out.println("英雄编号"+newHeroNode.no+"没有找到!");
return;
}
}
//删除结点
//1对于双向链表,我们可以直接找到要删除的这个节点
//2找到后,自我删除即可
public void delete(int no) {
HeroNode temp=head.next;
boolean flag=false;
if(temp==null) {
System.out.println("链表为空!");
return;
}
while(true) {
//遍历完
if(temp==null) {
break;
}
//找到
if(temp.no==no) {
flag=true;
break;
}
temp=temp.next;
}
if(flag) {
temp.pre.next=temp.next;
//判断是否到达最后一个结点
if(temp.next!=null) {
temp.next.pre=temp.pre;
return;
}
}else {
System.out.println("英雄编号"+no+"没有找的!");
}
}
//根据英雄编号的大小进行添加
public void addByOrder(HeroNode heroNode) {
HeroNode temp=head;
boolean flag=false;
boolean flag1=false;
while(true) {
if(temp.next==null) {
break;
}
if(temp.next.no==heroNode.no) {
//表示已经存在
flag=true;
break;
}
if(temp.next.no>heroNode.no) {
flag1=true;
break;
}
temp=temp.next;
}
if(flag) {
System.out.println("英雄编号"+heroNode.no+"已经存在!");
return;
}
if(flag1){
heroNode.next=temp.next;
heroNode.pre=temp;
temp.next.pre=heroNode;
temp.next=heroNode;
return;
}else {
//到达最后的节点以后,指向新的结点
temp.next=heroNode;
//最后一个结点的pre指向前一个结点
heroNode.pre=temp;
}
}
}
//定义HeroNode,每一个对象都是一个结点
class HeroNode{
public int no;
public String name;
public String nickname;
public HeroNode next; //指向下一个结点
public HeroNode pre;//指向上一个结点
//构造器
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、单向循环链表
3.1 josephu(约瑟夫)问题
3.1.1 描述
Josephu问题为:设编号为1,2,… n的n个人围坐一圈,约定编号为k ( 1<=k<=n)的人从1开始报数,数到m的那个人出列,它的下—位又从1并始报数,数到m的那个人又出列,依次类推,直到所有人出列为止,由此产生一个出队编号的序列。
3.1.2 思路
用一个不带头结点的循环链表来处理Josephu问题:先构成一个有n个结点的单循环链表,然后由k结点起从1开始计数,计到m时,对应结点从链表中册除,然后再从被删除结点的下一个结点又从1开始计数,直到最后一个结点从链表中册除算法结束。
如图所示: 出列顺序为:2->4->1->5->3。
从1开始数,数到2的出列,循环直到最后一个。
构建一个单向循环链表思路
- 先创建第一个节点,让first指向该节点,并形成环状。
- 后面当我们没创建一个新的节点,就把该节点,加入到已有的环形链表中即可。
遍历环形链表
- 先让一个辅助指针(变量)curboy,指向first节点。
- 然后通过一个while循环遍历该环形链表即可curboy.next == first结束。
出圈思路:
- 需求创建一个辅助指针(变量)helper,事先应该指向环形链表的最后这个节点。
- 当小孩报数时,让first和helper指针同时的移动m-1次。
- 这时就可以将first指向的小孩节点出圈
first=fist.next;
helper.next=first
原来的first指向的节点就没有任何引用,就会被回收。
3.1.3 代码实现
public class Josephu {
public static void main(String[] args) {
Scanner sc=new Scanner(System.in);
System.out.println("请输入小孩的个数:");
int num=sc.nextInt();
CircleSingleLinkedList CSLL = new CircleSingleLinkedList();
CSLL.addBoy(num);
System.out.println("~~~~~~~~~~~查看信息~~~~~~~~~~~");
CSLL.showBoy();
//测试
System.out.println("~~~~~~~~~~~出圈操作~~~~~~~~~~~");
CSLL.countNum(1,3,num);
}
}
class CircleSingleLinkedList{
//创建一个first结点,当前没有编号
private Boy first=null;
//【添加】小孩结点,构建一个环形的链表
public void addBoy(int nums) {
//定义一个辅助指针
Boy curBoy=null;
//nums做一个数据校验
if(nums<1) {
System.out.println("nums的值不正确");
return;
}
//循环创建我们的环形链表
for(int i=1;i<=nums;i++) {
//根据编号,创建小孩结点
Boy boy=new Boy(i);
//如果是第一个小孩
if(i==1) {
first=boy;
first.setNext(first); //构建环
curBoy=first; //让curboy指向第一个小孩
}else {
curBoy.setNext(boy);
boy.setNext(first);
curBoy=boy;
}
}
}
//【显示】遍历当前的环形链表
public void showBoy() {
//判断链表是否为空!
if(first==null) {
System.out.println("一个小孩都没有!");
return;
}
//因为first不能动,因此我们还是需要一个辅助指针完成遍历
Boy curBoy=first;
while(true) {
System.out.println("小孩的编号为:"+curBoy.getNo());
//判断是否遍历完
if(curBoy.getNext()==first) {
break;
}
curBoy=curBoy.getNext();
}
}
/**
* 出圈
* @param startNo 开始位置
* @param countNum 数的数字
* @param nums 圈中人数
*/
public void countNum(int startNo,int countNum,int nums) {
//先对数据进行校验
if(first==null || startNo<1 || startNo>nums) {
System.out.println("参数输入有误!");
return;
}
Boy helper=first;
//创建一个辅助指针(变量)helper,事先应该指向环形链表的最后一个结点
while(true) {
if(helper.getNext()==first) {
break;
}
//不是,就要进行后移
helper=helper.getNext();
}
//小孩报数前,显然first和helper移动k-1次
for(int j=0;j<startNo-1;j++) {
first=first.getNext();
helper=helper.getNext();
}
//直到圈中只有一个结点
while(true) {
if(helper==first) {
break;
}
//first和helper移动k-1次
for(int j=0;j<countNum-1;j++) {
first=first.getNext();
helper=helper.getNext();
}
//这时first指向的结点,就是要出圈的小孩结点
System.out.println("小孩"+first.getNo()+",出圈!");
//将first后移,再把helper.next指向新定义的first
first=first.getNext();
helper.setNext(first);
}
System.out.println("最后一个圈中的小孩编号为:"+first.getNo());
}
}
//创建一个boy类,表示一个结点
class Boy{
private int no;
private Boy next;//指向下一个结点
public Boy(int no) {
super();
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;
}
}