【数据结构】链表的原理及java实现

╰+哭是因爲堅強的太久メ 2022-08-21 05:54 139阅读 0赞

## 一：单向链表基本介绍 ##

链表是一种数据结构，和数组同级。比如，Java中我们使用的ArrayList，其实现原理是数组。而LinkedList的实现原理就是链表了。链表在进行循环遍历时效率不高，但是插入和删除时优势明显。下面对单向链表做一个介绍。

单向链表是一种线性表，实际上是由节点（Node）组成的，一个链表拥有不定数量的节点。其数据在内存中存储是不连续的，它存储的数据分散在内存中，每个结点只能也只有它能知道下一个结点的存储位置。由N各节点（Node）组成单向链表，每一个Node记录本Node的数据及下一个Node。向外暴露的只有一个头节点（Head），我们对链表的所有操作，都是直接或者间接地通过其头节点来进行的。  
![这里写图片描述][20160420141138723]  
上图中最左边的节点即为头结点（Head），但是添加节点的顺序是从右向左的，添加的新节点会被作为新节点。最先添加的节点对下一节点的引用可以为空。引用是引用下一个节点而非下一个节点的对象。因为有着不断的引用，所以头节点就可以操作所有节点了。  
下图描述了单向链表存储情况。存储是分散的，每一个节点只要记录下一节点，就把所有数据串了起来，形成了一个单向链表。  
![这里写图片描述][20160420134010570]  
节点（Node）是由一个需要储存的对象及对下一个节点的引用组成的。也就是说，节点拥有两个成员：储存的对象、对下一个节点的引用。下面图是具体的说明：

![这里写图片描述][20160420134000174]

## 二、单项链表的实现 ##

package com.zjn.LinkAndQueue;
    
    /** * 自定义链表设计 * * @author zjn * */
    public class MyLink { 
        Node head = null; // 头节点
    
        /** * 链表中的节点，data代表节点的值，next是指向下一个节点的引用 * * @author zjn * */
        class Node {
            Node next = null;// 节点的引用，指向下一个节点
            int data;// 节点的对象，即内容
    
            public Node(int data) {
                this.data = data;
            }
        }
    
        /** * 向链表中插入数据 * * @param d */
        public void addNode(int d) {
            Node newNode = new Node(d);// 实例化一个节点
            if (head == null) {
                head = newNode;
                return;
            }
            Node tmp = head;
            while (tmp.next != null) {
                tmp = tmp.next;
            }
            tmp.next = newNode;
        }
    
        /** * * @param index:删除第index个节点 * @return */
        public boolean deleteNode(int index) {
            if (index < 1 || index > length()) {
                return false;
            }
            if (index == 1) {
                head = head.next;
                return true;
            }
            int i = 1;
            Node preNode = head;
            Node curNode = preNode.next;
            while (curNode != null) {
                if (i == index) {
                    preNode.next = curNode.next;
                    return true;
                }
                preNode = curNode;
                curNode = curNode.next;
                i++;
            }
            return false;
        }
    
        /** * * @return 返回节点长度 */
        public int length() {
            int length = 0;
            Node tmp = head;
            while (tmp != null) {
                length++;
                tmp = tmp.next;
            }
            return length;
        }
    
        /** * 在不知道头指针的情况下删除指定节点 * * @param n * @return */
        public boolean deleteNode11(Node n) {
            if (n == null || n.next == null)
                return false;
            int tmp = n.data;
            n.data = n.next.data;
            n.next.data = tmp;
            n.next = n.next.next;
            System.out.println("删除成功！");
            return true;
        }
    
        public void printList() {
            Node tmp = head;
            while (tmp != null) {
                System.out.println(tmp.data);
                tmp = tmp.next;
            }
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            MyLink list = new MyLink();
            list.addNode(5);
            list.addNode(3);
            list.addNode(1);
            list.addNode(2);
            list.addNode(55);
            list.addNode(36);
            System.out.println("linkLength:" + list.length());
            System.out.println("head.data:" + list.head.data);
            list.printList();
            list.deleteNode(4);
            System.out.println("After deleteNode(4):");
            list.printList();
        }
    }

## 三、链表相关的常用操作实现方法 ##

**1. 链表反转**

/** * 链表反转 * * @param head * @return */
        public Node ReverseIteratively(Node head) {
            Node pReversedHead = head;
            Node pNode = head;
            Node pPrev = null;
            while (pNode != null) {
                Node pNext = pNode.next;
                if (pNext == null) {
                    pReversedHead = pNode;
                }
                pNode.next = pPrev;
                pPrev = pNode;
                pNode = pNext;
            }
            this.head = pReversedHead;
            return this.head;
        }

**2. 查找单链表的中间节点**

采用快慢指针的方式查找单链表的中间节点，快指针一次走两步，慢指针一次走一步，当快指针走完时，慢指针刚好到达中间节点。

/** * 查找单链表的中间节点 * * @param head * @return */
        public Node SearchMid(Node head) {
            Node p = this.head, q = this.head;
            while (p != null && p.next != null && p.next.next != null) {
                p = p.next.next;
                q = q.next;
            }
            System.out.println("Mid:" + q.data);
            return q;
        }

**3. 查找倒数第k个元素**

采用两个指针P1,P2，P1先前移K步，然后P1、P2同时移动，当p1移动到尾部时，P2所指位置的元素即倒数第k个元素 。

/** * 查找倒数 第k个元素 * * @param head * @param k * @return */
        public Node findElem(Node head, int k) {
            if (k < 1 || k > this.length()) {
                return null;
            }
            Node p1 = head;
            Node p2 = head;
            for (int i = 0; i < k; i++)// 前移k步
                p1 = p1.next;
            while (p1 != null) {
                p1 = p1.next;
                p2 = p2.next;
            }
            return p2;
        }

**4. 对链表进行排序**

/** * 排序 * * @return */
        public Node orderList() {
            Node nextNode = null;
            int tmp = 0;
            Node curNode = head;
            while (curNode.next != null) {
                nextNode = curNode.next;
                while (nextNode != null) {
                    if (curNode.data > nextNode.data) {
                        tmp = curNode.data;
                        curNode.data = nextNode.data;
                        nextNode.data = tmp;
                    }
                    nextNode = nextNode.next;
                }
                curNode = curNode.next;
            }
            return head;
        }

**5. 删除链表中的重复节点**

/** * 删除重复节点 */
        public void deleteDuplecate(Node head) {
            Node p = head;
            while (p != null) {
                Node q = p;
                while (q.next != null) {
                    if (p.data == q.next.data) {
                        q.next = q.next.next;
                    } else
                        q = q.next;
                }
                p = p.next;
            }
    
        }

**6. 从尾到头输出单链表，采用递归方式实现**

/** * 从尾到头输出单链表，采用递归方式实现 * * @param pListHead */
        public void printListReversely(Node pListHead) {
            if (pListHead != null) {
                printListReversely(pListHead.next);
                System.out.println("printListReversely:" + pListHead.data);
            }
        }

**7. 判断链表是否有环，有环情况下找出环的入口节点**

/** * 判断链表是否有环，单向链表有环时，尾节点相同 * * @param head * @return */
        public boolean IsLoop(Node head) {
            Node fast = head, slow = head;
            if (fast == null) {
                return false;
            }
            while (fast != null && fast.next != null) {
                fast = fast.next.next;
                slow = slow.next;
                if (fast == slow) {
                    System.out.println("该链表有环");
                    return true;
                }
            }
            return !(fast == null || fast.next == null);
        }
    
        /** * 找出链表环的入口 * * @param head * @return */
        public Node FindLoopPort(Node head) {
            Node fast = head, slow = head;
            while (fast != null && fast.next != null) {
                slow = slow.next;
                fast = fast.next.next;
                if (slow == fast)
                    break;
            }
            if (fast == null || fast.next == null)
                return null;
            slow = head;
            while (slow != fast) {
                slow = slow.next;
                fast = fast.next;
            }
            return slow;
        }

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[20160420134010570]: /images/20220724/add91c3a9aef4757850bd0c3f8725d8f.png
[20160420134000174]: /images/20220724/97c2551a2a034506ac56c335e20ade28.png