1. 单向链表
1.1 单向链表介绍
单向链表是链表的一种，它由多个结点组成，每个结点都由一个数据域和一个指针域组成，数据域用来存储数据，指针域用来指向其后继结点。链表的头结点的数据域不存储数据，指针域指向第一个真正存储数据的结点。
1.2 单向链表的API设计
1.3 单向链表的代码实现
import java.util.Iterator;
public class LinkList<T> implements Iterable<T>{
//记录头结点
private Node head;
//记录链表的长度
private int N;
//结点类
private class Node {
//存储数据
T item;
//下一个结点
Node next;
public Node(T item, Node next) {
this.item = item;
this.next = next;
}
}
public LinkList() {
//初始化头结点、
this.head = new Node(null,null);
//初始化元素个数
this.N=0;
}
//清空链表
public void clear() {
head.next=null;
this.N=0;
}
//获取链表的长度
public int length() {
return N;
}
//判断链表是否为空
public boolean isEmpty() {
return N==0;
}
//获取指定位置i出的元素
public T get(int i) {
//通过循环,从头结点开始往后找，依次找i次，就可以找到对应的元素
Node n = head.next;
for(int index=0;index<i;index++){
n=n.next;
}
return n.item;
}
//向链表中添加元素t
public void insert(T t) {
//找到当前最后一个结点
Node n = head;
while(n.next!=null){
n=n.next;
}
//创建新结点，保存元素t
Node newNode = new Node(t, null);
//让当前最后一个结点指向新结点
n.next=newNode;
//元素的个数+1
N++;
}
//向指定位置i出，添加元素t
public void insert(int i, T t) {
//找到i位置前一个结点
Node pre = head;
for(int index=0;index<=i-1;index++){
pre=pre.next;
}
//找到i位置的结点
Node curr = pre.next;
//创建新结点，并且新结点需要指向原来i位置的结点
Node newNode = new Node(t, curr);
//原来i位置的前一个节点指向新结点即可
pre.next=newNode;
//元素的个数+1
N++;
}
//删除指定位置i处的元素，并返回被删除的元素
public T remove(int i) {
//找到i位置的前一个节点
Node pre = head;
for(int index=0;index<=i-1;i++){
pre=pre.next;
}
//要找到i位置的结点
Node curr = pre.next;
//找到i位置的下一个结点
Node nextNode = curr.next;
//前一个结点指向下一个结点
pre.next=nextNode;
//元素个数-1
N--;
return curr.item;
}
//查找元素t在链表中第一次出现的位置
public int indexOf(T t) {
//从头结点开始，依次找到每一个结点，取出item，和t比较，如果相同，就找到了
Node n = head;
for(int i=0;n.next!=null;i++){
n=n.next;
if (n.item.equals(t)){
return i;
}
}
return -1;
}
@Override
public Iterator<T> iterator() {
return new LIterator();
}
private class LIterator implements Iterator{
private Node n;
public LIterator(){
this.n=head;
}
@Override
public boolean hasNext() {
return n.next!=null;
}
@Override
public Object next() {
n = n.next;
return n.item;
}
}
//用来反转整个链表
public void reverse(){
//判断当前链表是否为空链表，如果是空链表，则结束运行，如果不是，则调用重载的reverse方法完成反转
if (isEmpty()){
return;
}
reverse(head.next);
}
//反转指定的结点curr，并把反转后的结点返回
public Node reverse(Node curr){
if (curr.next==null){
head.next=curr;
return curr;
}
//递归的反转当前结点curr的下一个结点；返回值就是链表反转后，当前结点的上一个结点
Node pre = reverse(curr.next);
//让返回的结点的下一个结点变为当前结点curr；
pre.next=curr;
//把当前结点的下一个结点变为null
curr.next=null;
return curr;
}
}
测试类：
public class LinkListTest {
public static void main(String[] args) {
//创建顺序表对象
LinkList<String> sl = new LinkList<>();
//测试插入
sl.insert("姚明");
sl.insert("科比");
sl.insert("麦迪");
sl.insert(0,"詹姆斯");
for (String s : sl) {
System.out.println(s);
}
System.out.println("------------------------------------------");
//测试获取
String getResult = sl.get(1);
System.out.println("获取索引1处的结果为："+getResult);
//测试删除
String removeResult = sl.remove(0);
System.out.println("删除的元素是："+removeResult);
//测试清空
sl.clear();
System.out.println("清空后的线性表中的元素个数为:"+sl.length());
}
}
2. 双向链表
2.1 双向列表介绍
双向链表也叫双向表，是链表的一种，它由多个结点组成，每个结点都由一个数据域和两个指针域组成，数据域用来存储数据，其中一个指针域用来指向其后继结点，另一个指针域用来指向前驱结点。链表的头结点的数据域不存储数据，指向前驱结点的指针域值为null，指向后继结点的指针域指向第一个真正存储数据的结点。
2.2 节点API介绍
按照面向对象的思想，我们需要设计一个类，来描述结点这个事物。由于结点是属于链表的，所以我们把结点类作为链表类的一个内部类来实现。
//结点类
private class Node{
public Node(T item, Node pre, Node next) {
this.item = item;
this.pre = pre;
this.next = next;
}
//存储数据
public T item;
//指向上一个结点
public Node pre;
//指向下一个结点
public Node next;
}
2.3 双向链表API设计
2.4 双向链表代码实现
package day02_linear;
import java.util.Iterator;
public class TwoWayLinkList<T> implements Iterable<T> {
//首结点
private Node head;
//最后一个结点
private Node last;
//链表的长度
private int N;
//结点类
private class Node{
public Node(T item, Node pre, Node next) {
this.item = item;
this.pre = pre;
this.next = next;
}
//存储数据
public T item;
//指向上一个结点
public Node pre;
//指向下一个结点
public Node next;
}
public TwoWayLinkList() {
//初始化头结点和尾结点
this.head = new Node(null,null,null);
this.last=null;
//初始化元素个数
this.N=0;
}
//清空链表
public void clear(){
this.head.next=null;
this.head.pre=null;
this.head.item=null;
this.last=null;
this.N=0;
}
//获取链表长度
public int length(){
return N;
}
//判断链表是否为空
public boolean isEmpty(){
return N==0;
}
//获取第一个元素
public T getFirst(){
if (isEmpty()){
return null;
}
return head.next.item;
}
//获取最后一个元素
public T getLast(){
if (isEmpty()){
return null;
}
return last.item;
}
//插入元素t
public void insert(T t){
if (isEmpty()){
//如果链表为空：
//创建新的结点
Node newNode = new Node(t,head, null);
//让新结点称为尾结点
last=newNode;
//让头结点指向尾结点
head.next=last;
}else {
//如果链表不为空
Node oldLast = last;
//创建新的结点
Node newNode = new Node(t, oldLast, null);
//让当前的尾结点指向新结点
oldLast.next=newNode;
//让新结点称为尾结点
last = newNode;
}
//元素个数+1
N++;
}
//向指定位置i处插入元素t
public void insert(int i,T t){
//找到i位置的前一个结点
Node pre = head;
for(int index=0;index<i;index++){
pre=pre.next;
}
//找到i位置的结点
Node curr = pre.next;
//创建新结点
Node newNode = new Node(t, pre, curr);
//让i位置的前一个结点的下一个结点变为新结点
pre.next=newNode;
//让i位置的前一个结点变为新结点
curr.pre=newNode;
//元素个数+1
N++;
}
//获取指定位置i处的元素
public T get(int i){
Node n = head.next;
for(int index=0;index<i;index++){
n=n.next;
}
return n.item;
}
//找到元素t在链表中第一次出现的位置
public int indexOf(T t){
Node n = head;
for(int i=0;n.next!=null;i++){
n=n.next;
if (n.next.equals(t)){
return i;
}
}
return -1;
}
//删除位置i处的元素，并返回该元素
public T remove(int i){
//找到i位置的前一个结点
Node pre = head;
for(int index=0;index<i;index++){
pre=pre.next;
}
//找到i位置的结点
Node curr = pre.next;
//找到i位置的下一个结点
Node nextNode= curr.next;
//让i位置的前一个结点的下一个结点变为i位置的下一个结点
pre.next=nextNode;
//让i位置的下一个结点的上一个结点变为i位置的前一个结点
nextNode.pre=pre;
//元素的个数-1
N--;
return curr.item;
}
@Override
public Iterator<T> iterator() {
return new TIterator();
}
private class TIterator implements Iterator{
private Node n;
public TIterator(){
this.n=head;
}
@Override
public boolean hasNext() {
return n.next!=null;
}
@Override
public Object next() {
n=n.next;
return n.item;
}
}
}
测试类
package day02_linear;
public class TwoWayLinkListTest {
public static void main(String[] args) {
//创建双向链表对象
TwoWayLinkList<String> sl = new TwoWayLinkList<>();
//测试插入
sl.insert("姚明");
sl.insert("科比");
sl.insert("麦迪");
sl.insert(1,"詹姆斯");
for (String s : sl) {
System.out.println(s);
}
System.out.println("--------------------------------------");
System.out.println("第一个元素是："+sl.getFirst());
System.out.println("最后一个元素是："+sl.getLast());
System.out.println("------------------------------------------");
//测试获取
String getResult = sl.get(1);
System.out.println("获取索引1处的结果为："+getResult);
//测试删除
String removeResult = sl.remove(0);
System.out.println("删除的元素是："+removeResult);
//测试清空
sl.clear();
System.out.println("清空后的线性表中的元素个数为:"+sl.length());
}
}
3. 使用快慢指针判断链表是否有环
3.1 需求分析
使用快慢指针的思想，还是把链表比作一条跑道，链表中有环，那么这条跑道就是一条圆环跑道，在一条圆环跑道中，两个人有速度差，那么迟早两个人会相遇，只要相遇那么就说明有环。
3.2 代码实现
/**
* 判断链表中是否有环,只要有环，快慢指针肯定能相遇
* @param first 链表首结点
* @return ture为有环，false为无环
*/
public static boolean isCircle(Node<String> first) {
Node<String> fast = first;
Node<String> slow = first;
while(fast.next!=null&&fast!=null){
fast = fast.next.next;
slow = slow.next;
if(fast.equals(slow)){
return true;
}
}
return false;
}
4. 约瑟夫问题
4.1 问题描述
传说有这样一个故事，在罗马人占领乔塔帕特后，39 个犹太人与约瑟夫及他的朋友躲到一个洞中，39个犹太人决定宁愿死也不要被敌人抓到，于是决定了一个自杀方式，41个人排成一个圆圈，第一个人从1开始报数，依次往后，如果有人报数到3，那么这个人就必须自杀，然后再由他的下一个人重新从1开始报数，直到所有人都自杀身亡为止。然而约瑟夫和他的朋友并不想遵从。于是，约瑟夫要他的朋友先假装遵从，他将朋友与自己安排在第16个与第31个位置，从而逃过了这场死亡游戏 。
问题转换：
41个人坐一圈，第一个人编号为1，第二个人编号为2，第n个人编号为n。
1.编号为1的人开始从1报数，依次向后，报数为3的那个人退出圈；
2.自退出那个人开始的下一个人再次从1开始报数，以此类推；
3.求出最后退出的那个人的编号。
4.2 解题思路
1.构建含有41个结点的单向循环链表，分别存储1~41的值，分别代表这41个人；
2.使用计数器count，记录当前报数的值；
3.遍历链表，每循环一次，count++；
4.判断count的值，如果是3，则从链表中删除这个结点并打印结点的值，把count重置为0；
package day02_linear;
public class yuesefu {
public static void main(String[] args) {
//解决约瑟夫问题
//1.构建循环链表，包含41个结点，分别存储1~41之间的值
//用来就首结点
Node<Integer> first = null;
//用来记录前一个结点
Node<Integer> pre = null;
for(int i = 1;i<=41;i++){
//如果是第一个结点
if (i==1){
first = new Node<>(i,null);
pre = first;
continue;
}
//如果不是第一个结点
Node<Integer> newNode = new Node<>(i, null);
pre.next=newNode;
pre=newNode;
//如果是最后一个结点，那么需要让最后一个结点的下一个结点变为first,变为循环链表了
if (i==41){
pre.next=first;
}
}
//2.需要count计数器，模拟报数
int count=0;
//3.遍历循环链表
//记录每次遍历拿到的结点，默认从首结点开始
Node<Integer> n = first;
//记录当前结点的上一个结点
Node<Integer> before = null;
while(n!=n.next){
//模拟报数
count++;
//判断当前报数是不是为3
if (count==3){
//如果是3，则把当前结点删除调用，打印当前结点，重置count=0，让当前结点n后移
before.next=n.next;
System.out.print(n.item+",");
count=0;
n=n.next;
}else{
//如果不是3，让before变为当前结点，让当前结点后移；
before=n;
n=n.next;
}
}
//打印最后一个元素
System.out.println(n.item);
}
//结点类
private static class Node<T>{
T item;
Node next;
public Node(T item, Node next) {
this.item = item;
this.next = next;
}
}
}
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