java的数据结构与算法(4)单项链表

本文探讨了Java中的单项链表数据结构,详细介绍了节点的组成,包括data域和next域,强调了链表不连续的特性。链表常用于处理后端接收到的无序数据,以便在返回给前端时能呈现有序状态。

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什么是链表:
是以节点的方式存数据,有data域(存放数据),next域(存放下一个数据的指针)
最大的特征可以是不连续的
使用的场景:后端接受的数据是无序的,需要给前端返回一个有序的数据。

package cn.itjy.linkedlist;

public class SingleLinkedListDemo {
	public static void main(String[] args) {
		// test
		// 先创建节点
		HeroNode node1 = new HeroNode(1, "宋江", "及时雨");
		HeroNode node2 = new HeroNode(2, "吴用", "智多星");
		HeroNode node3 = new HeroNode(3, "李逵", "黑旋风");
		HeroNode node4 = new HeroNode(4, "林冲", "豹子头");

		SingleLinkedList linkedList = new SingleLinkedList();
		/*
		 * linkedList.add(node1); linkedList.add(node4); linkedList.add(node2);
		 * linkedList.add(node3);
		 */
		linkedList.add2(node1);
		linkedList.add2(node4);
		linkedList.add2(node2);
		linkedList.add2(node3);
		linkedList.list();
		HeroNode newHeroNode = new HeroNode(4, "小林", "豹头~~");
		linkedList.update(newHeroNode);
		// 显示
		System.out.println("修改后的列表情况。。   ");
		linkedList.list();
		System.out.println("删除后的列表情况。。   ");
		linkedList.delete(3);
		linkedList.list();

		// 测试
		System.out.println("有效的节点个数=" + getLength(linkedList.getHead()));
	}

	// 查找单链表的倒数第K个节点【新浪面试题】
	/*
	 * 思路:1.编写一个方法,接受head节点,同时接受index 2.index:表示倒数第index个节点 3.先把链表从头到尾遍历,得到链表的length
	 * 4.得到size后,我们从链表第一个开始遍历(size-index),就可以得到 5.如果找到,返回该节点,否则返回空
	 */
	public static HeroNode findLastIndexNode(HeroNode herd, int index) {
		// 判断如果链表为空
		if (herd.next == null) {
			return null;
		}
		// 第一次遍历得到链表的长度(节点个数)
		int size = getLength(herd);
		// 第二次遍历 size-index 位置,就是倒数第k个节点
		// 先做一个数据的校验
		if (index <= 0|| index > size) {
			return null;
		}
//		定义一个辅助变量
		return null;
	}

	// 方法:获取到单链表的节点的个数(如果带头节点的链表,需求不统计节点)
	/**
	 * @param node
	 *            链表的头节点
	 * @return 有效节点的个数
	 */
	public static int getLength(HeroNode node) {
		if (node.next == null) { //
			return 0;
		}
		int length = 0;
		// 定义一个辅助变量
		HeroNode cur = node.next;
		while (cur != null) {
			length++;
			cur = cur.next;
		}
		return length;
	}
}

// 定义一个singleLinkedList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, "", "");

	// 返回头节点
	public HeroNode getHead() {
		return head;
	}

	// 添加节点到单向链表
	/*
	 * 思路:当不考虑编号的顺序时 1.找到当前链表的最后节点 2.将最后这个节点的next 指向新的节点
	 */
	public void add(HeroNode heroNode) {
		// 因为head节点不能动,因此我们需要一个辅助变量
		HeroNode temp = head;
		// 遍历链表
		while (true) {
			// 找到链表的最后
			if (temp.next == null) { //
				break;
			}
			// 如果没有找到最后,将temp后移
			temp = temp.next;
		}
		// 当推出while循环时,temp就指向了链表的最后
		// 最后的节点指向新的节点
		temp.next = heroNode;
	}

	// 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
	// (如果有这个排名,则添加失败,并给出提示)
	public void add2(HeroNode heroNode) {
		// 因为头节点不能动,因此通过辅助变量来帮助添加的位置
		// 因为单链表,因此我们找的temp是位于添加位置的前一个节点,否则加入不了
		HeroNode temp = head;
		boolean flag = false; // 标识添加的编号是否存在,默认为false
		while (true) {
			if (temp.next == null) {// 说明temp已经在链表的最后
				break;
			}
			if (temp.next.no > heroNode.no) { // 位置找到,就在temp后面插入
				break;
			} else if (temp.next.no == heroNode.no) { // 编号存在,希望添加的hero的编号已然存在
				flag = true;
				break;
			}
			temp = temp.next; // 后移 遍历列表
		}
		// 判断flag的值
		if (flag) {
			System.out.printf("插入英雄的编号%d已存在\n", heroNode.no);
		} else {
			// 插入到链表中,temp的后面
			heroNode.next = temp.next;
			temp.next = heroNode;
		}
	}

	// 修改节点的信息,根据no编号来修改,即no编号不能改。
	public void update(HeroNode newHeroNode) {
		// 判断是否为空
		if (head.next == null) {
			System.out.println("链表为空");
			return;
		}
		// 找到需要修改的节点,根据no编号
		// 定义一个辅助变量
		HeroNode temp = head.next;
		boolean flag = false; // 表示是否找到该节点
		while (true) {
			if (temp == null) {
				break; // 到链表的最后
			}
			if (temp.no == newHeroNode.no) {
				// 找到
				flag = true;
				break;
			}
			temp = temp.next;
		}
		// 根据flag 判断是否找到要修改的节点
		if (flag) {
			temp.name = newHeroNode.name;
			temp.nickName = newHeroNode.nickName;
		} else {
			System.out.printf("没有找到编号%d节点,不能修改\n", newHeroNode.no);
		}
	}

	// 删除节点
	// 思路
	/*
	 * 1.head 不能动,因此我们需要辅助节点确定位置 2.说明我们在比较时 , 是temp.next.no 和徐娅萍删除的no比较
	 */
	public void delete(int no) {
		HeroNode temp = head;
		// 找到是否找到待输出节点的前一个节点
		boolean flag = false;
		while (true) {
			if (temp.next == null) {
				break;
			}
			if (temp.next.no == no) {
				// 找到待删除节点的前一个节点temp
				flag = true;
				break;
			}
			temp = temp.next;
		}
		if (flag) {
			temp.next = temp.next.next;
		} else {
			System.out.printf("没有找到编号%d节点,不能删除\n", no);
		}

	}

	// 显示链表
	public void list() {
		// 判断链表是否为空
		if (head.next == null) {
			System.out.println("链表为空");
			return;
		}
		// 因为头节点不能动,因此我们需要一个辅助变量
		HeroNode temp = head.next;
		while (true) {
			// 链表最后
			if (temp == null) {
				break;
			}
			// 输出节点的信息
			System.out.println(temp);
			// 将temp后移,一定小心
			temp = temp.next;
		}

	}

}

// 定义一个heroNode ,每一个HeroNode对象就是一个节点
class HeroNode {
	public int no;
	public String name;
	public String nickName;
	public HeroNode next; // 指向下一个节点
	// 构造器

	public HeroNode(int no, String name, String nickName) {
		this.no = no;
		this.name = name;
		this.nickName = nickName;
	}

	// 为了显示方便,我们重写toString
	public String toString() {
		return "HeroNode [no=" + no + ", name=" + name + ", nickName=" + nickName + "]";
	}

}
### Java 数据结构链表的实现应用 #### 链表概述 链表是一种线性数据结构,其中的数据元素不是连续存储在内存中的。每个节点由两部分组成:一部分用于保存实际数据;另一部分是一个指向下一个节点的链接地址(即指针)。这种特性使得向列中插入或删除元素变得非常高效。 对于Java而言,虽然不像C/C++那样直接操作底层指针[^2],但是依然可以通过类和对象来模拟类似的机制。下面将详细介绍如何创建以及运用链表这一基本形式。 #### 单项循环链表的具体实现 ##### 定义节点类 `HeroNode` 为了构建一个单项循环链表,先要定义好代各个节点的`HeroNode`类: ```java class HeroNode { int no; String name; String nickname; HeroNode next; 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 + '\'' + '}'; } } ``` 这里定义了一个名为`HeroNode` 的静态内部类,它包含了英雄编号(`no`)、姓名(`name`) 和绰号 (`nickname`)三个属性,并提供相应的构造函数初始化这些字段。另外还重写了toString 方法方便打印输出整个节点的信息。 ##### 创建并管理链表的方法集合 接下来编写一系列工具方法来进行增删查改等常规操作: - **添加新节点** 可以按照顺序添加也可以无序添加,在此仅展示按顺序的方式为例: ```java public void addByOrder(HeroNode heroNode){ HeroNode temp = head; boolean flag = false; //标志位,默认false示未找到相同编号 while(true){ if(temp.next == null){ //已经到达最后一个位置,则可以退出while循环 break; } if(temp.next.no > heroNode.no){ //找到了合适的位置 break; }else if(temp.next.no == heroNode.no){ //如果存在相同的编号则不再加入 flag = true; break; } temp = temp.next; } if(flag){ System.out.printf("准备插入的新英雄编号%d已存在\n",heroNode.no); }else{ heroNode.next = temp.next; temp.next = heroNode; } } ``` - **显示所有节点** 遍历整个链表并将每一个节点的内容依次输出至控制台: ```java public void showList(){ if(head.next==null){ System.out.println("当前链表为空!"); return ; } HeroNode temp = head.next; while (true){ System.out.println(temp); if(temp.next == null){ break; } temp=temp.next; } } ``` 上述代码实现了对链表内全部节点的一次完整扫描,其时间复杂度为 O(n)[^1]. - **计算有效节点数量** 除了能够查看链表内的具体内容外,有时也需要知道具体有多少个有效的非头结点成员参构成该链条。这可通过如下所示的方式来完成计数工作: ```java public static int getLength(HeroNode head){ if(head.next == null){ return 0; } int length=0; HeroNode cur=head.next; while(cur!=null){ length++; cur=cur.next; } return length; } ``` 这段逻辑同样遵循了O(n)的时间消耗规律[^4],确保即使是在处理大规模数据集的情况下也能保持良好的性能现。 #### 应用场景举例 由于链表具备动态调整大小的能力,因此非常适合用来解决那些事先无法预估确切容量的问题场合。比如当涉及到频繁地执行插入/移除动作时,相比于数组来说往往能带来更高的效率提升。此外,像LRU缓存淘汰算法这样的高级功能也离不开链表的支持[^3]。
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