数据结构 —— 链表

单链表

  • 要求: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。

  • 添加操作分析:

    • 法一:添加英雄时,直接添加到链表的尾部
      在这里插入图片描述
    • 法二:在添加英雄时,根据排名将英雄插入到指定位置
      在这里插入图片描述
  • 修改操作分析:
    (1) 先找到该节点,通过遍历
    (2) temp.name = newHeroNode.name ; temp.nickname= newHeroNode.nickname;

  • 删除操作分析
    在这里插入图片描述

  • 代码实现

public class SingleLinkedListDemo {
	public static void main(String[] args) {
//进行测试
//先创建节点
		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");
//创建要给链表
		SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
//加入
// singleLinkedList.add(hero1);
// singleLinkedList.add(hero4);
// singleLinkedList.add(hero2);
// singleLinkedList.add(hero3);
//加入按照编号的顺序
		singleLinkedList.addByOrder(hero1);
		singleLinkedList.addByOrder(hero4);
		singleLinkedList.addByOrder(hero2);
		singleLinkedList.addByOrder(hero3);
//显示一把
		singleLinkedList.list();
//测试修改节点的代码
		HeroNode newHeroNode = new HeroNode(2, "小卢", "玉麒麟~~");
		singleLinkedList.update(newHeroNode);
		System.out.println("修改后的链表情况~~");
		singleLinkedList.list();
//删除一个节点
		singleLinkedList.del(1);
		singleLinkedList.del(4);
		System.out.println("删除后的链表情况~~");
		singleLinkedList.list();
	}
}

//定义 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, "", "");

//添加节点到单向链表
//思路,当不考虑编号顺序时
//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遍历 temp
		HeroNode temp = head;
//遍历链表,找到最后
		while (true) {
//找到链表的最后
			if (temp.next == null) {
				break;
			}
//如果没有找到最后, 将将 temp 后移
			temp = temp.next;
		}
//当退出 while 循环时,temp 就指向了链表的最后
//将最后这个节点的 next 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位置
//(如果有这个排名,则添加失败,并给出提示)
	public void addByOrder(HeroNode heroNode) {
//因为头节点不能动,因此我们仍然通过一个辅助指针(变量)来帮助找到添加的位置
//因为单链表,因为我们找的 temp 是位于 添加位置的前一个节点,否则插入不了
		HeroNode temp = head;
		boolean flag = false; // flag 标志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 的后面插入
				break;
			} else if (temp.next.no == heroNode.no) {// 说明希望添加的 heroNode 的编号已然存在
				flag = true; // 说明编号存在
				break;
			}
			temp = temp.next; // 后移,遍历当前链表
		}
//判断 flag 的值
		if (flag) { // 不能添加,说明编号存在
			System.out.printf("准备插入的英雄的编号 %d 已经存在了, 不能加入\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. //说明
//1. 根据 newHeroNode 的 no 来修改即可
	public void update(HeroNode newHeroNode) {
//判断是否空
		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; // 已经遍历完链表
			}
			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 { // 没有找到
			System.out.printf("没有找到 编号 %d 的节点,不能修改\n", newHeroNode.no);
		}
	}

//删除节点
//思路
//1. head 不能动,因此我们需要一个 temp 辅助节点找到待删除节点的前一个节点
//2. 说明我们在比较时,是 temp.next.no 和 需要删除的节点的 no 比较
	public void del(int no) {
		HeroNode temp = head;
		boolean flag = false; // 标志是否找到待删除节点的
		while (true) {
			if (temp.next == null) { // 已经到链表的最后
				break;
			}
			if (temp.next.no == no) {
//找到的待删除节点的前一个节点 temp
				flag = true;
				break;
			}
			temp = temp.next; // temp 后移,遍历
		}
//判断 flag
		if (flag) { // 找到
//可以删除
			temp.next = temp.next.next;
		} else {
			System.out.printf("要删除的 %d 节点不存在\n", no);
		}
	}

//显示链表[遍历]
	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来遍历
		HeroNode temp = head.next;
		while (true) {
//判断是否到链表最后
			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 HeroNode , 每个 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;
	}

//为了显示方法,我们重新 toString
	@Override
	public String toString() {
		return "HeroNode [no=" + no + ", name=" + name + ", nickname=" + nickname + "]";
	}
}

单链表常见的面试题

  • 求单链表中有效节点的个数
	/**
	*
	* @param head 链表的头节点
	* @return 返回的就是有效节点的个数
	*/
	public static int getLength(HeroNode head) {
		if (head.next == null) { // 空链表
			return 0;
		}
		int length = 0;
		// 定义一个辅助的变量, 这里我们没有统计头节点
		HeroNode cur = head.next;
		while (cur != null) {
			length++;
			cur = cur.next; // 遍历
		}
		return length;
	}
  • 查找单链表中的倒数第 k 个结点
// 思路
	// 1. 编写一个方法,接收 head 节点,同时接收一个 index
	// 2. index 表示是倒数第 index 个节点
	// 3. 先把链表从头到尾遍历,得到链表的总的长度 getLength
	// 4. 得到 size 后,我们从链表的第一个开始遍历 (size-index)个,就可以得到
	// 5. 如果找到了,则返回该节点,否则返回 nulll
	public static HeroNode findLastIndexNode(HeroNode head, int index) {
		// 判断如果链表为空,返回 null
		if (head.next == null) {
			return null;// 没有找到
		}
		// 第一个遍历得到链表的长度(节点个数)
		int size = getLength(head);
		// 第二次遍历 size-index 位置,就是我们倒数的第 K 个节点
		// 先做一个 index 的校验
		if (index <= 0 || index > size) {
			return null;
		}
		// 定义给辅助变量, for 循环定位到倒数的 index
		HeroNode cur = head.next; // 3 // 3 - 1 = 2
		for (int i = 0; i < size - index; i++) {
			cur = cur.next;
		}
		return cur;
	}
  • 单链表的反转
// 将单链表反转
	public static void reversetList(HeroNode head) {
		// 如果当前链表为空,或者只有一个节点,无需反转,直接返回
		if (head.next == null || head.next.next == null) {
			return;
		}
		// 定义一个辅助的指针(变量),帮助我们遍历原来的链表
		HeroNode cur = head.next;
		HeroNode next = null;// 指向当前节点[cur]的下一个节点
		HeroNode reverseHead = new HeroNode(0, "", "");
		// 遍历原来的链表,每遍历一个节点,就将其取出,并放在新的链表 reverseHead 的最前端
		// 动脑筋
		while (cur != null) {
			next = cur.next;// 先暂时保存当前节点的下一个节点,因为后面需要使用
			cur.next = reverseHead.next;// 将 cur 的下一个节点指向新的链表的最前端
			reverseHead.next = cur; // 将 cur 连接到新的链表上
			cur = next;// 让 cur 后移
		}
		// 将 head.next 指向 reverseHead.next , 实现单链表的反转
		head.next = reverseHead.next;
	}
  • 从尾到头打印单链表
//可以利用栈这个数据结构,将各个节点压入到栈中,然后利用栈的先进后出的特点,就实现了逆序打印的效果
	public static void reversePrint(HeroNode head) {
		if (head.next == null) {
			return;// 空链表,不能打印
		}
		// 创建要给一个栈,将各个节点压入栈
		Stack<HeroNode> stack = new Stack<HeroNode>();
		HeroNode cur = head.next;
		// 将链表的所有节点压入栈
		while (cur != null) {
			stack.push(cur);
			cur = cur.next; // cur 后移,这样就可以压入下一个节点
		}
		// 将栈中的节点进行打印,pop 出栈
		while (stack.size() > 0) {
			System.out.println(stack.pop()); // stack 的特点是先进后出
		}
	}
	

双链表

  • 分析双链表增删改查

    1. 遍历 方和 单链表一样,只是可以向前,也可以向后查找
    2. 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;
    3. 修改 思路和 原来的单向链表一样.
    4. 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,比如 temp
      (3) temp.pre.next = temp.next
      (4) temp.next.pre = temp.pre;
  • 代码:

public class DoubleLinkedListDemo {

	public static void main(String[] args) {
		// 测试
		System.out.println("双向链表的测试");
		// 先创建节点
		HeroNode2 hero1 = new HeroNode2(1, "宋江", "及时雨");
		HeroNode2 hero2 = new HeroNode2(2, "卢俊义", "玉麒麟");
		HeroNode2 hero3 = new HeroNode2(3, "吴用", "智多星");
		HeroNode2 hero4 = new HeroNode2(4, "林冲", "豹子头");
		// 创建一个双向链表
		DoubleLinkedList doubleLinkedList = new DoubleLinkedList();
		doubleLinkedList.add(hero1);
		doubleLinkedList.add(hero2);
		doubleLinkedList.add(hero3);
		doubleLinkedList.add(hero4);
		
		doubleLinkedList.list();
		
		// 修改
		HeroNode2 newHeroNode = new HeroNode2(4, "公孙胜", "入云龙");
		doubleLinkedList.update(newHeroNode);
		System.out.println("修改后的链表情况");
		doubleLinkedList.list();
		
		// 删除
		doubleLinkedList.del(3);
		System.out.println("删除后的链表情况~~");
		doubleLinkedList.list();
		
		
		
	}

}

// 创建一个双向链表的类
class DoubleLinkedList {

	// 先初始化一个头节点, 头节点不要动, 不存放具体的数据
	private HeroNode2 head = new HeroNode2(0, "", "");

	// 返回头节点
	public HeroNode2 getHead() {
		return head;
	}

	// 遍历双向链表的方法
	// 显示链表[遍历]
	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来遍历
		HeroNode2 temp = head.next;
		while (true) {
			// 判断是否到链表最后
			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;
		}
	}

	// 添加一个节点到双向链表的最后.
	public void add(HeroNode2 heroNode) {

		// 因为head节点不能动,因此我们需要一个辅助遍历 temp
		HeroNode2 temp = head;
		// 遍历链表,找到最后
		while (true) {
			// 找到链表的最后
			if (temp.next == null) {//
				break;
			}
			// 如果没有找到最后, 将将temp后移
			temp = temp.next;
		}
		// 当退出while循环时,temp就指向了链表的最后
		// 形成一个双向链表
		temp.next = heroNode;
		heroNode.pre = temp;
	}

	// 修改一个节点的内容, 可以看到双向链表的节点内容修改和单向链表一样
	// 只是 节点类型改成 HeroNode2
	public void update(HeroNode2 newHeroNode) {
		// 判断是否空
		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
		HeroNode2 temp = head.next;
		boolean flag = false; // 表示是否找到该节点
		while (true) {
			if (temp == null) {
				break; // 已经遍历完链表
			}
			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 { // 没有找到
			System.out.printf("没有找到 编号 %d 的节点,不能修改\n", newHeroNode.no);
		}
	}

	// 从双向链表中删除一个节点,
	// 说明
	// 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 del(int no) {

		// 判断当前链表是否为空
		if (head.next == null) {// 空链表
			System.out.println("链表为空,无法删除");
			return;
		}

		HeroNode2 temp = head.next; // 辅助变量(指针)
		boolean flag = false; // 标志是否找到待删除节点的
		while (true) {
			if (temp == null) { // 已经到链表的最后
				break;
			}
			if (temp.no == no) {
				// 找到的待删除节点的前一个节点temp
				flag = true;
				break;
			}
			temp = temp.next; // temp后移,遍历
		}
		// 判断flag
		if (flag) { // 找到
			// 可以删除
			// temp.next = temp.next.next;[单向链表]
			temp.pre.next = temp.next;
			// 这里我们的代码有问题?
			// 如果是最后一个节点,就不需要执行下面这句话,否则出现空指针
			if (temp.next != null) {
				temp.next.pre = temp.pre;
			}
		} else {
			System.out.printf("要删除的 %d 节点不存在\n", no);
		}
	}

}

// 定义HeroNode2 , 每个HeroNode 对象就是一个节点
class HeroNode2 {
	public int no;
	public String name;
	public String nickname;
	public HeroNode2 next; // 指向下一个节点, 默认为null
	public HeroNode2 pre; // 指向前一个节点, 默认为null
	// 构造器

	public HeroNode2(int no, String name, String nickname) {
		this.no = no;
		this.name = name;
		this.nickname = nickname;
	}

	// 为了显示方法,我们重新toString
	@Override
	public String toString() {
		return "HeroNode [no=" + no + ", name=" + name + ", nickname=" + nickname + "]";
	}

}

josephu问题

  • Josephu 问题:
    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,它的下一位又从 1 开始报数,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。

  • 分析:
    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,对应结点从链表中删除,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删除算法结束。

  • 创建环形链表思路图解:
    在这里插入图片描述

  • 小孩出圈问题思路分析:
    在这里插入图片描述

public class Josepfu {

	public static void main(String[] args) {
		// 测试一把看看构建环形链表,和遍历是否ok
		CircleSingleLinkedList circleSingleLinkedList = new CircleSingleLinkedList();
		circleSingleLinkedList.addBoy(5);// 加入5个小孩节点
		circleSingleLinkedList.showBoy();
		
		//测试一把小孩出圈是否正确
		circleSingleLinkedList.countBoy(10, 20, 125); // 2->4->1->5->3
		//String str = "7*2*2-5+1-5+3-3";
	}

}

// 创建一个环形的单向链表
class CircleSingleLinkedList {
	// 创建一个first节点,当前没有编号
	private Boy first = null;

	// 添加小孩节点,构建成一个环形的链表
	public void addBoy(int nums) {
		// nums 做一个数据校验
		if (nums < 1) {
			System.out.println("nums的值不正确");
			return;
		}
		Boy curBoy = null; // 辅助指针,帮助构建环形链表
		// 使用for来创建我们的环形链表
		for (int i = 1; i <= nums; i++) {
			// 根据编号,创建小孩节点
			Boy boy = new Boy(i);
			// 如果是第一个小孩
			if (i == 1) {
				first = boy;
				first.setNext(first); // 构成环
				curBoy = first; // 让curBoy指向第一个小孩
			} else {
				curBoy.setNext(boy);//
				boy.setNext(first);//
				curBoy = boy;
			}
		}
	}

	// 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("没有任何小孩~~");
			return;
		}
		// 因为first不能动,因此我们仍然使用一个辅助指针完成遍历
		Boy curBoy = first;
		while (true) {
			System.out.printf("小孩的编号 %d \n", curBoy.getNo());
			if (curBoy.getNext() == first) {// 说明已经遍历完毕
				break;
			}
			curBoy = curBoy.getNext(); // curBoy后移
		}
	}

	// 根据用户的输入,计算出小孩出圈的顺序
	/**
	 * 
	 * @param startNo
	 *            表示从第几个小孩开始数数
	 * @param countNum
	 *            表示数几下
	 * @param nums
	 *            表示最初有多少小孩在圈中
	 */
	public void countBoy(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, 请重新输入");
			return;
		}
		// 创建要给辅助指针,帮助完成小孩出圈
		Boy helper = first;
		// 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
		while (true) {
			if (helper.getNext() == first) { // 说明helper指向最后小孩节点
				break;
			}
			helper = helper.getNext();
		}
		//小孩报数前,先让 first 和  helper 移动 k - 1次
		for(int j = 0; j < startNo - 1; j++) {
			first = first.getNext();
			helper = helper.getNext();
		}
		//当小孩报数时,让first 和 helper 指针同时 的移动  m  - 1 次, 然后出圈
		//这里是一个循环操作,知道圈中只有一个节点
		while(true) {
			if(helper == first) { //说明圈中只有一个节点
				break;
			}
			//让 first 和 helper 指针同时 的移动 countNum - 1
			for(int j = 0; j < countNum - 1; j++) {
				first = first.getNext();
				helper = helper.getNext();
			}
			//这时first指向的节点,就是要出圈的小孩节点
			System.out.printf("小孩%d出圈\n", first.getNo());
			//这时将first指向的小孩节点出圈
			first = first.getNext();
			helper.setNext(first); //
			
		}
		System.out.printf("最后留在圈中的小孩编号%d \n", first.getNo());
		
	}
}

// 创建一个Boy类,表示一个节点
class Boy {
	private int no;// 编号
	private Boy next; // 指向下一个节点,默认null

	public Boy(int no) {
		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;
	}

}

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