链表——静态添加和动态遍历

该代码示例展示了如何在C语言中创建一个结构体链表,包括节点的数据成员和指向下一个节点的指针。程序初始化几个链表节点,并通过指针连接它们,然后定义一个函数`printLink`来遍历并打印链表的所有元素。
#include<stdio.h>
#include<string.h>
//#include<stdilb.h>

struct Test
{
        int data;
        struct Test *next;
};

void printLink(struct Test *head)
{
        struct Test *point;
        point = head;
        while(point != NULL)
        {
                printf("%d ",point->data);
                point = point->next;
        }
        putchar('\n');
}


int main()
{
        struct Test *head = NULL;

        struct Test t1 = {1,NULL};
        struct Test t2 = {2,NULL};
        struct Test t3 = {3,NULL};
        struct Test t4 = {4,NULL};
        struct Test t5 = {5,NULL};
        struct Test t6 = {6,NULL};
        struct Test t7 = {7,NULL};

        t1.next = &t2;
        t2.next = &t3;
        t3.next = &t4;

        head = &t1;
        printLink(head);
        return 0;
}

<think>首先,用户的问题是关于Java实现二叉链表的构造方法。用户指定了两种方法:1.基于先序遍历序列标明空子树(类似参考中的创建二叉树函数),2.结合先序中序遍历序列构造二叉链表。参考引用的内容:[引用1]是C++实现先序创建二叉树二叉树中序遍历(递归非递归)。它描述了函数原型:CreateBiTree(BiTree*T)InOrderTraverse(BiTreeT)。其中,使用'#'表示空结点,输入字符类型的data。[引用3]描述Java中二叉树的遍历(先序、中序后序)。[引用2][引用4]涉及树与二叉树的转换二叉树操作,但不直接相关。用户的上一个问题是:"参考站内引用:...我想了解如何用Java实现二叉链表的构造方法,包括通过先序遍历序列、以及结合先序中序遍历序列构造二叉链表的具体方法。"所以,我需要专注于Java实现。系统级指令:-行内数学表达式使用$...$格式:但用户的问题中不涉及数学表达式,主要是编程数据结构,所以可能需要保持自然语言。-独立公式使用$$...$$:同样,这里不涉及复杂公式。-LaTeX语法正确:确保代码块使用正确格式。-使用中文回答。-生成相关问题:在回答的最后部分。-回答中引用的段落末尾自然地添加引用标识:根据引用[^1],[^2],etc。参考引用来自用户提供的站内引用,我需要引用它们。用户说:"上述引用仅供参考,并不是用户真正的需求",所以引用应该作为参考,但要正确地引用它们。回答结构要清晰:-解释问题。-提供代码实现。-解释代码。-确保代码使用Java,符合用户需求。二叉链表的定义:在引用[1]中,是C++的typedefstructBiTNode{chardata;structBiTNode*lchild,*rchild;}BiTNode,*BiTree;所以,在Java中,我需要定义一个类似的结构:一个节点类,包含data,leftChild,rightChild。用户需求:1.基于先序遍历序列标明空子树:类似于CreateBiTree,使用特殊字符表示空结点(如'#')。2.结合先序中序遍历序列构造二叉树。因此,我需要实现:-方法1:preOrderConstruct(StringpreOrder)其中空节点用'#'表示。-方法2:preInOrderConstruct(StringpreOrder,StringinOrder)使用先序中序序列构建。在实现中,要定义节点类:classTreeNode{chardata;TreeNodeleft;TreeNoderight;}代码需要:-使用publicclass。-包含构造方法。-确保语法正确,因为是指令3。在回答中,包含代码块,使用```java...```格式。引用标识:当引用参考中的信息时,添加引用标识。例如,参考[^1]是关于C++的CreateBiTree,但用户要Java实现,所以我会提到类似概念,并引用。系统级指令说:"回答中引用的段落末尾自然地添加引用标识",例如[^1]。所以,在解释时,如果要引用[引用1],在相关部分末尾添加[^1]。最后,生成相关问题:像示例中那样。组织回答:1.引言:介绍二叉链表用户需求。2.定义TreeNode类。3.方法1:基于先序遍历序列标明空子树的构造方法。4.方法2:结合先序中序遍历序列的构造方法。5.结束语或总结。6.§相关§问题:生成几个相关问题。生成的相关问题应该基于当前主题,如二叉树的其他遍历、应用等。确保使用中文回答。现在,草拟内容:-首先,TreeNode类定义:```javaclassTreeNode{chardata;TreeNodeleft;TreeNoderight;TreeNode(chardata){this.data=data;this.left=null;this.right=null;}}```-方法1:preOrderConstruct。使用一个字符串作为输入,如"AB#D##C##"。其中'#'表示空。需要递归或迭代来构建。参考引用[1]中是C++实现使用递归,使用指针;在Java中,我们可以用对象引用。-思路:递归构建。传入一个序列的字符数组或索引。-定义一个方法:publicstaticTreeNodebuildFromPreOrderWithNulls(StringpreOrder)或类似。-实现递归函数:TreeNodebuildTree(StringpreOrder,int[]index)其中index追踪当前索引。-例如:```javapublicclassBinaryTree{publicstaticTreeNodebuildFromPreOrder(StringpreOrder){int[]index=newint[1];index[0]=0;returnbuildTree(preOrder,index);}privatestaticTreeNodebuildTree(StringpreOrder,int[]idx){if(idx[0]>=preOrder.length()){returnnull;}charch=preOrder.charAt(idx[0]++);if(ch=='#'){returnnull;}TreeNodenode=newTreeNode(ch);node.left=buildTree(preOrder,idx);node.right=buildTree(preOrder,idx);returnnode;}}```注意:这里使用int[]index为引用传递,因为Java不是传引用,需要封装int。-方法2:从先序中序序列构建。-输入:preOrderinOrder序列字符串。-思路:递归构建,利用先序第一个元素是根,在中序中找到根,左边是左子树,右边是右子树。-例如:```javapublicstaticTreeNodebuildFromPreInOrder(StringpreOrder,StringinOrder){if(preOrder.length()==0||inOrder.length()==0){returnnull;}charrootValue=preOrder.charAt(0);intindex=inOrder.indexOf(rootValue);TreeNoderoot=newTreeNode(rootValue);StringleftInOrder=inOrder.substring(0,index);StringrightInOrder=inOrder.substring(index+1);StringleftPreOrder=preOrder.substring(1,index+1);//左子树部分在先序中是index个元素StringrightPreOrder=preOrder.substring(index+1);root.left=buildFromPreInOrder(leftPreOrder,leftInOrder);root.right=buildFromPreInOrder(rightPreOrder,rightInOrder);returnroot;}```但这假设字符串长度相同;在实际中,可能不是,所以要小心索引。更好的实现是用字符数组或子序列。-正确版本:publicstaticTreeNodebuildTreeFromPreIn(char[]pre,char[]in,intpreStart,intpreEnd,intinStart,intinEnd)但简化一下,在回答中用简单版本。引用添加:-当提到先序创建时,引用[引用1],因为它是关于C++的先序创建[^1]。-当提到遍历时,引用[引用3],因为它是Java遍历[^3]。生成相关问题:1.如何实现二叉树的其他遍历方法?2.二叉链表数据结构有哪些优化应用?3.如何处理二叉树中的公共祖先问题?(引用[4]中提到公共祖先)完整回答结构:1.引入主题。2.定义TreeNode类。3.基于先序遍历序列标明空子树的构造方法。4.基于先序中序遍历序列的构造方法。5.生成相关问题。确保代码正确:用Java编写。</think> ### Java 实现二叉链表构造方法(基于先序遍历序列标明空子树、先序与中序遍历序列) 在二叉链表数据结构中,二叉树用节点表示,每个节点包含数据(`data`)以及指向左子节点(`lchild`)右子节点(`rchild`)的引用,这与 C++ 实现中的定义相似,但使用 Java 对象引用来实现[^1]。这种结构便于实现二叉树的构造遍历。引用中提到树二叉树的转换可以通过二叉链表来实现[^2],而遍历方法如先序、中序后序,则为构造二叉树提供了理论依据[^3]。下面,我将逐步讲解如何在 Java 中实现二叉链表的构造方法,包括两种具体方式: 1. **基于先序遍历序列标明空子树**:输入一个先序遍历序列,使用特殊字符(如 `'#'`)表示空结点。 2. **结合先序中序遍历序列**:使用先序遍历序列中序遍历序列重建二叉树。 我会提供清晰的 Java 代码实现,并解释其工作原理。为了保持可读性,我定义了二叉树的节点类 `TreeNode` 作为基础结构。 #### 步骤 1: 定义 `TreeNode` 类 二叉链表的节点包含字符类型的数据、左子节点右子节点引用。这与引用中提到的 C++ 定义类似,但 Java 使用类来表示[^1]。 ```java class TreeNode { char data; // 存储节点数据(字符类型) TreeNode left; // 左子节点引用 TreeNode right; // 右子节点引用 // 构造函数:初始化节点 TreeNode(char data) { this.data = data; this.left = null; this.right = null; } } ``` #### 步骤 2: 构造方法 1——基于先序遍历序列标明空子树 在这种方法中,用户提供先序遍历序列,其中空结点用 `'#'` 表示(如输入字符串 `"AB#D##C##"`)。序列顺序为 `根节点 -> 左子树 -> 右子树`,`'#'` 表示空子树。实现基于递归: - **工作原理**:从序列头开始读取字符。如果字符是 `'#'`,则返回 `null`(表示空子树);否则,创建节点,递归构建左子树右子树[^1]。 - **Java 实现代码**:以下 `BinaryTreeBuilder` 类提供了静态方法来处理序列。 ```java public class BinaryTreeBuilder { private int index = 0; // 用于追踪序列的索引 // 公共方法:从先序遍历序列构建二叉树(字符串输入) public TreeNode buildFromPreOrder(String preOrder) { index = 0; // 重置索引 return buildTree(preOrder); } // 私有递归方法:根据序列构建二叉树 private TreeNode buildTree(String preOrder) { if (index >= preOrder.length() || preOrder.charAt(index) == '#') { index++; // 跳过 '#' 或处理边界 return null; // 空子树 } // 创建当前节点 TreeNode node = new TreeNode(preOrder.charAt(index)); index++; // 移动到下一个字符 // 递归构建左子树右子树 node.left = buildTree(preOrder); node.right = buildTree(preOrder); return node; } } ``` **代码说明**: - `buildFromPreOrder` 方法是入口点,调用私有方法 `buildTree` 进行递归构建。 - 使用成员变量 `index` 追踪序列位置,避免传参复杂化。 - 示例使用:如果序列是 `"AB#D##C##"`,表示根为 `'A'`,左子节点为 `'B'`(其左子为 `'D'`,右子为空),右子节点为 `'C'`。 - **时间复杂度**:$O(n)$,其中 $n$ 是序列长度,因为每个字符被访问一次。 - 这种方法简单直观,但需确保序列中 `'#'` 正确标记空子树,引用[^1]中类似的 C++ 实现使用了类似原理。 #### 步骤 3: 构造方法 2——结合先序中序遍历序列 如果用户提供先序序列(根节点 -> 左子树 -> 右子树)中序序列(左子树 -> 根节点 -> 右子树),则可以唯一确定二叉树的结构[^3]。实现基于递归: - **工作原理**:先序序列的第一个元素是根节点。在中序序列中查找根节点位置,将序列分成左子树部分右子树部分。然后递归构建左子树右子树。 - **Java 实现代码**:扩展 `BinaryTreeBuilder` 类。 ```java import java.util.HashMap; import java.util.Map; public class BinaryTreeBuilder { // ... 前述方法 ... // 公共方法:从先序中序序列构建二叉树 public TreeNode buildFromPreInOrder(String preOrder, String inOrder) { if (preOrder == null || inOrder == null || preOrder.length() != inOrder.length()) { throw new IllegalArgumentException("序列无效,长度不等"); } // 构建中序序列的字符索引映射,优化查找 Map<Character, Integer> inMap = new HashMap<>(); for (int i = 0; i < inOrder.length(); i++) { inMap.put(inOrder.charAt(i), i); } return buildTree(preOrder, inOrder, 0, preOrder.length() - 1, 0, inOrder.length() - 1, inMap); } // 私有递归方法:使用序列子范围构建二叉树 private TreeNode buildTree(String preOrder, String inOrder, int preStart, int preEnd, int inStart, int inEnd, Map<Character, Integer> inMap) { if (preStart > preEnd || inStart > inEnd) { return null; // 边界条件:子序列为空 } // 创建根节点(先序第一个字符) char rootValue = preOrder.charAt(preStart); TreeNode root = new TreeNode(rootValue); int rootIndexInInOrder = inMap.get(rootValue); // 中序序列中根的位置 int leftSubtreeSize = rootIndexInInOrder - inStart; // 左子树大小 // 递归构建左子树:先序范围是 [preStart+1, preStart+leftSubtreeSize],中序范围是 [inStart, rootIndexInInOrder-1] root.left = buildTree(preOrder, inOrder, preStart + 1, preStart + leftSubtreeSize, inStart, rootIndexInInOrder - 1, inMap); // 递归构建右子树:先序范围是 [preStart+leftSubtreeSize+1, preEnd],中序范围是 [rootIndexInInOrder+1, inEnd] root.right = buildTree(preOrder, inOrder, preStart + leftSubtreeSize + 1, preEnd, rootIndexInInOrder + 1, inEnd, inMap); return root; } } ``` **代码说明**: - `buildFromPreInOrder` 方法处理输入序列,使用 `HashMap` 存储中序字符的位置索引,优化查找速度(时间复杂度 $O(1)$)。 - 递归构建时,计算子序列范围:左子树的大小由中序序列中根的位置决定。 - **时间复杂度**:$O(n)$,但查找根节点位置在最优情况下为 $O(1)$。 - 示例使用:如先序序列 `"ABDECF"` 中序序列 `"DBEAFC"` 可构建二叉树。根为 `'A'`,左子树先序为 `"BDE"`,中序为 `"DBE"`;右子树先序为 `"CF"`,中序为 `"FC"`。 - 引用[^3]提到递归遍历的原理在此处应用,确保了递归构建的正确性。 #### 总结 - **基于先序遍历序列标明空子树**:简单高效,但需输入序列明确标记空节点,适用于如文件系统树的构建。 - **结合先序中序遍历序列**:不需要空节点标记,但序列必须有效完整,常用于二叉树重建问题。 - 两种方法都基于二叉链表结构,实现了数据的树形组织,这与引用中的其他应用相关[^4]。使用时,确保输入序列符合要求(如字符类型特殊符号一致)。 这些实现覆盖了用户需求的核心。通过测试代码序列验证,可以确保鲁棒性。
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