TheAlgorithms项目解析：深入理解双向链表数据结构-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/gitblog_00198/article/details/148602616

TheAlgorithms项目解析：深入理解双向链表数据结构

Algorithms-Explanation Popular algorithms explained in simple language with examples and links to their implementation in various programming languages and other required resources. 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/al/Algorithms-Explanation

什么是双向链表

双向链表（Doubly Linked List）是一种比单向链表更复杂的线性数据结构。与单向链表不同，双向链表中的每个节点不仅包含指向下一个节点的指针（next），还包含指向前一个节点的指针（prev）。这种双重链接的特性使得双向链表在特定操作上比单向链表更加高效。

双向链表的基本结构

双向链表由一系列节点组成，每个节点包含三个部分：

数据域（data）：存储节点的实际数据
前驱指针（prev）：指向当前节点的前一个节点
后继指针（next）：指向当前节点的后一个节点

双向链表通常还维护两个特殊指针：

头指针（head）：指向链表的第一个节点
尾指针（tail）：指向链表的最后一个节点（可选）

双向链表的优势与劣势

优势

双向遍历：可以从头到尾或从尾到头遍历链表
高效删除：给定要删除的节点时，删除操作更高效
灵活插入：可以在给定节点前快速插入新节点

劣势

额外空间：每个节点需要额外空间存储前驱指针
操作复杂度：所有操作都需要维护前驱和后继指针，代码复杂度稍高

时间复杂度分析

| 操作类型 | 平均情况 | 最坏情况 | |---------|---------|---------| | 访问元素 | Θ(n) | O(n) | | 查找元素 | Θ(n) | O(n) | | 插入操作 | Θ(1) | O(1) | | 删除操作 | Θ(1) | O(1) |

双向链表操作详解

节点定义

class Node {
    int data;   // 节点存储的数据
    Node next;  // 指向下一个节点的指针
    Node prev;  // 指向前一个节点的指针

    Node(int data) {
        this.data = data;
        this.next = null;
        this.prev = null;
    }
}

在链表头部插入节点

public void push(int new_data) {
    // 1. 创建新节点
    Node new_Node = new Node(new_data);
    
    // 2. 设置新节点的next指向当前头节点，prev设为null
    new_Node.next = head;
    new_Node.prev = null;
    
    // 3. 如果链表不为空，设置原头节点的prev指向新节点
    if (head != null) {
        head.prev = new_Node;
    }
    
    // 4. 更新头指针指向新节点
    head = new_Node;
}

操作图示：

创建新节点
新节点的next指向原头节点
原头节点的prev指向新节点
头指针指向新节点

在指定节点后插入新节点

public void insertAfter(Node prev_Node, int new_data) {
    // 1. 检查给定节点是否为空
    if (prev_Node == null) {
        System.out.println("给定的前驱节点不能为空");
        return;
    }
    
    // 2. 创建新节点
    Node new_node = new Node(new_data);
    
    // 3. 新节点的next指向前驱节点的next
    new_node.next = prev_Node.next;
    
    // 4. 前驱节点的next指向新节点
    prev_Node.next = new_node;
    
    // 5. 新节点的prev指向前驱节点
    new_node.prev = prev_Node;
    
    // 6. 如果新节点有后继节点，更新其后继节点的prev
    if (new_node.next != null) {
        new_node.next.prev = new_node;
    }
}

操作图示：