Java代碼展示數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中鏈表的增刪改查

猿友 2021-07-27 14:21:06 瀏覽數(shù) (2174)

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數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是我們學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)這門專業(yè)的必修課程，其中鏈表是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中比較重要幾種類型結(jié)構(gòu)之一。下面我將簡要為大家介紹關(guān)于鏈表的一些概念，以及通過 Java 代碼展示單向不帶頭非循環(huán)鏈表和雙向不帶頭非循環(huán)鏈表的使用步驟。

一、鏈表的概念和結(jié)構(gòu)

1.1 鏈表的概念

簡單來說鏈表是物理上不一定連續(xù)，但是邏輯上一定連續(xù)的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1.2 鏈表的分類

實(shí)際中鏈表的結(jié)構(gòu)非常多樣，以下情況組合起來就有8種鏈表結(jié)構(gòu). 單向和雙向，帶頭和不帶頭，循環(huán)和非循環(huán)。排列組合和會(huì)有8種。
但我這只是實(shí)現(xiàn)兩種比較難的鏈表，理解之后其它6種就比較簡單了
1.單向不帶頭非循環(huán)鏈表
2.雙向不帶頭非循環(huán)鏈表

二、單向不帶頭非循環(huán)鏈表

2021052310203042

2.1 創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)類型

我們創(chuàng)建了一個(gè) ListNode 類為節(jié)點(diǎn)類型，里面有兩個(gè)成員變量，val用來存儲數(shù)值，next來存儲下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的地址。
還有一個(gè)帶一個(gè)參數(shù)的構(gòu)造方法在實(shí)例化對象的同時(shí)給val賦值，因?yàn)槲覀儾恢老乱粋€(gè)節(jié)點(diǎn)的地址所以next是默認(rèn)值一個(gè)null

class ListNode {
    public int val;//數(shù)值
    public ListNode next;//下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的地址

    public ListNode(int val) {
        this.val = val;
    }
}

我們在 MyLinkedList 里創(chuàng)建一個(gè)head變量來標(biāo)識鏈表的頭部，接著就是實(shí)現(xiàn)單鏈表的增刪查改了

2021052310203143

2.2 頭插法

這個(gè)頭插法并不要考慮第一次插入，每次插入只需要把插入的節(jié)點(diǎn)node 的next值改成頭節(jié)點(diǎn)，再把頭節(jié)點(diǎn)指向node

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//頭插法
public void addFirst(int data) {
    ListNode node = new ListNode(data);
    node.next = this.head;
    this.head = node;
}

2.3 尾插法

尾插法首先要考慮是不是第一次插入，如果是的話直接把head指向node就好了，如果不是第一次插入，則需要定義一個(gè)cur來找尾巴節(jié)點(diǎn)，把尾巴節(jié)點(diǎn)的next值改成node就好了。因?yàn)槿绻挥梦舶凸?jié)點(diǎn)的話，head就無法標(biāo)識到頭部了

2021052310203145

//尾插法
public void addLast(int data) {
    ListNode node = new ListNode(data);
    ListNode cur = this.head;
    //第一次插入
    if(this.head == null) {
        this.head = node;
    }else{
        while (cur.next != null) {
            cur = cur.next;
        }
        cur.next = node;
    }
}

2.4 獲取鏈表長度

定義一個(gè)計(jì)數(shù)器count，當(dāng)cur遍歷完鏈表的時(shí)候直接返回count就好

//得到單鏈表的長度
public int size() {
    int count = 0;
    ListNode cur = this.head;
    while (cur != null) {
        cur = cur.next;
        count++;
    }
    return count;
}

2.5 任意位置插入

我們假設(shè)鏈表的頭是從0位置開始的，任意位置插入需要考慮幾點(diǎn)
1.位置的合法性，如果位置小于0，或者大于鏈表長度則位置不合法
2.如果要插入的是0位置直接使用頭插法
3.如果插入的位置等于鏈表長度則使用尾插法，因?yàn)槲覀冞@鏈表是從0開始的

最關(guān)鍵的就是從中間任意位置插入要從中間位置插入，就需要找到要插入位置的前一個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置。再插入到它們中間。

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  /**
     * 讓 cur 向后走 index - 1 步
     * @param index
     * @return
     */
public ListNode findIndexSubOne(int index) {
    int count = 0;
    ListNode cur = this.head;
    while (count != index-1) {
        cur = cur.next;
        count++;
    }
    return  cur;
}
//任意位置插入,第一個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)為0號下標(biāo)
public void addIndex(int index,int data) {
    //判斷合法性
    if(index < 0 || index > size()) {
            System.out.println("index位置不合法");
            return;
    }
    //頭插法
    if(index == 0) {
        this.addFirst(data);
        return;
    }
    //尾插法
    if(index == size()) {
        this.addLast(data);
        return;
    }
    //找前驅(qū),cur指向的是 index 的前一個(gè)節(jié)點(diǎn)
    ListNode cur = findIndexSubOne(index);
    ListNode node = new ListNode(data);
    node.next = cur.next;
    cur.next = node;
}

2.6 查找關(guān)鍵字

當(dāng)我們要查找鏈表中是否有某一個(gè)關(guān)鍵字時(shí)，只需要定義一個(gè)cur從頭開始遍歷即可

//查找是否包含關(guān)鍵字key是否在單鏈表當(dāng)中
public boolean contains(int key) {
    ListNode cur = this.head;
    while (cur != null) {
        if(cur.val == key) {
            return true;
        }
        cur = cur.next;
    }
    return false;
}

2.7 刪除第一次出現(xiàn)值為key的節(jié)點(diǎn)

這個(gè)思路其實(shí)也很簡單，考慮到兩種情況即可

1.如果要?jiǎng)h除的是頭節(jié)點(diǎn)只需要把頭節(jié)點(diǎn)指向它的向一個(gè)節(jié)點(diǎn)即可
2.還有一種則是不存在key的情況，所以這里寫了一個(gè)方法來判讀key是否存在，如果存在則返回key的前一個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置
3.存在則把要?jiǎng)h除的節(jié)點(diǎn)的前驅(qū)的next改成它的next即可

/**
  * 找要?jiǎng)h除 key 的前一個(gè)節(jié)點(diǎn)
 * @return
 */
public ListNode searchPrev(int key) {
    ListNode prev = this.head;
    while (prev.next != null) {
        if (prev.next.val == key) {
            return prev;
        }
        prev = prev.next;
    }
    return null;
}
//刪除第一次出現(xiàn)關(guān)鍵字為key的節(jié)點(diǎn)
public void remove(int key) {
    if(this.head.val == key) {
        this.head = this.head.next;
        return;
    }
    //找 key 的前驅(qū)節(jié)點(diǎn)
    ListNode prev = searchPrev(key);
    if(prev == null) {
        System.out.println("沒有key這個(gè)關(guān)鍵字");
        return;
    }
    //刪除
    ListNode delete = prev.next;
    prev.next = delete.next;
}

2.8 刪除所有值為key的節(jié)點(diǎn)

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假設(shè)要?jiǎng)h除的是3，思路：

定義兩個(gè)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)類型的變量，prev指向head，cur指向head的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。
如果判斷cur的val值是要?jiǎng)h除的值，如果是則直接跳過這個(gè)節(jié)點(diǎn) 如果不是則讓prev和cur往后走，直到整個(gè)鏈表遍歷完。
到最后會(huì)發(fā)現(xiàn)頭節(jié)點(diǎn)并沒有遍歷到，循環(huán)結(jié)束后則需要判讀頭節(jié)點(diǎn)是不是要?jiǎng)h除的節(jié)點(diǎn)

記住一定要邊畫圖邊寫代碼！

//刪除所有值為key的節(jié)點(diǎn)
public void removeAllKey(int key) {
    ListNode prev = this.head;
    ListNode cur = this.head.next;
    while (cur != null) {
        if(cur.val == key) {
            prev.next = cur.next;
            cur = cur.next;
        }else {
            prev = cur;
            cur = cur.next;
        }
    }
    //判斷第一個(gè)節(jié)點(diǎn)是否是要?jiǎng)h除的節(jié)點(diǎn)
    if(this.head.val == key) {
        this.head = this.head.next;
    }
}

2.9 遍歷打印鏈表

定義一個(gè)cur直接遍歷打印就好

//打印鏈表
public void display() {
    ListNode cur = this.head;
    while (cur != null) {
        System.out.print(cur.val+" ");
        cur = cur.next;
    }
    System.out.println();
}

置空鏈表

置空鏈表只需要一個(gè)個(gè)置空即可，并不建議直接把頭節(jié)點(diǎn)置空這種暴力做法

//置空鏈表
public void clear() {
    ListNode cur = this.head;
    //一個(gè)個(gè)制空
    while (cur != null) {
        ListNode curNext = cur.next;
        cur.next = null;
        cur = curNext;
    }
    this.head = null;
}

三、雙向不帶頭非循環(huán)鏈表

雙向鏈表和單向鏈表的最大的區(qū)別就是多了一個(gè)前驅(qū)節(jié)點(diǎn)prev，同樣來實(shí)現(xiàn)雙向鏈表的增刪查改

2021052310203148

public class TestLinkedList {
    public ListNode head;
    public ListNode last;
}

3.1 創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)類型

同樣先定義節(jié)點(diǎn)類型，比單向鏈表多了一個(gè)前驅(qū)節(jié)點(diǎn)而已。

class ListNode {
    public int val;
    public ListNode prev;
    public ListNode next;

    public ListNode (int val) {
        this.val = val;
    }
}

雙向鏈表還定義了一個(gè)last來標(biāo)識尾巴節(jié)點(diǎn)，而單鏈表只是標(biāo)識了頭節(jié)點(diǎn)。

2021052310203149

3.2 頭插法

因?yàn)檫@是雙向鏈表，第一次插入要讓head和last同時(shí)指向第一個(gè)節(jié)點(diǎn)。
如果不是第一次插入，則需要
1.把head的前驅(qū)節(jié)點(diǎn)改成node,
2.再把node的next改成head，
3.然后把頭節(jié)點(diǎn)head再指向新的頭節(jié)點(diǎn)node。

2021052310203150

//頭插法
public void addFirst(int data) {
    ListNode node = new ListNode(data);
    //第一次插入
    if(this.head == null) {
        this.head = node;
        this.last = node;
    }else {
        head.prev = node;
        node.next = this.head;
        this.head = node;
    }
}

3.3 尾插法

雙向鏈表有一個(gè)last來標(biāo)識尾巴節(jié)點(diǎn)，所以在尾插的時(shí)候不用再找尾巴節(jié)點(diǎn)了。和頭插法類似

//尾插法
public void addLast(int data) {
    ListNode node = new ListNode(data);
    //第一次插入
    if(this.head == null) {
        this.head = node;
        this.last = node;
    }else {
        this.last.next = node;
        node.prev = this.last;
        this.last = node;
    }
}

3.4 獲取鏈表長度

這個(gè)和單鏈表一樣，直接定義個(gè)cur遍歷

//得到鏈表的長度
public int size() {
    ListNode cur = this.head;
    int count = 0;
    while (cur != null) {
        count++;
        cur = cur.next;
    }
    return count;
}

3.5 任意位置插入

任意位置插入也和單鏈表類似有三種情況。判斷合法性和頭插尾插就不多了主要還是在中間的隨機(jī)插入，一定要注意修改的順序！

要修改的地方一共有四個(gè)，一定要畫圖理解！

2021052310203251

//找要插入的節(jié)點(diǎn)的位置
public ListNode searchIndex(int index) {
    ListNode cur = this.head;
    while (index != 0) {
        cur = cur.next;
        index--;
    }
    return  cur;
}
//任意位置插入,第一個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)為0號下標(biāo)
public void addIndex(int index,int data) {
    //判斷index位置的合法性
    if(index < 0 || index > this.size()) {
        System.out.println("index的位置不合法");
        return;
    }
    //頭插法
    if(index == 0) {
        this.addFirst(data);
        return;
    }
    //尾插法
    if(index == this.size()) {
        this.addLast(data);
        return;
    }
    //中間插入
    ListNode node = new ListNode(data);
    ListNode cur = searchIndex(index);
    node.next = cur;
    node.prev = cur.prev;
    cur.prev.next = node;
    cur.prev = node;
}

3.6 查找關(guān)鍵字

這里和單鏈表一樣，直接定義個(gè)cur遍歷看看鏈表里有沒有這個(gè)值即可

//查找是否包含關(guān)鍵字key是否在單鏈表當(dāng)中
public boolean contains(int key) {
    ListNode cur = this.head;
    while (cur != null) {
        if(cur.val == key) {
            return true;
        }
        cur = cur.next;
    }
    return false;
}

3.7 刪除第一次出現(xiàn)的關(guān)鍵字key的節(jié)點(diǎn)

思路：遍歷鏈表找第一次出現(xiàn)的節(jié)點(diǎn)，刪完return。一共分三種情況
1.頭節(jié)點(diǎn)是要?jiǎng)h除的節(jié)點(diǎn)
2.尾巴節(jié)點(diǎn)是要?jiǎng)h除的節(jié)點(diǎn)
3.中間的節(jié)點(diǎn)是要?jiǎng)h除的節(jié)點(diǎn)

//刪除第一次出現(xiàn)關(guān)鍵字為key的節(jié)點(diǎn)
public void remove(int key) {
    ListNode cur = this.head;
    while (cur != null) {
        if(cur.val == key) {
            //要?jiǎng)h除的是頭節(jié)點(diǎn)
            if(this.head == cur) {
                this.head = this.head.next;
                this.head.prev = null;
            }else {
                //尾巴節(jié)點(diǎn)和中間的節(jié)點(diǎn)兩種情況
                cur.prev.next = cur.next;
                if(this.last == cur) {
                    //刪除尾巴節(jié)點(diǎn)
                    cur = cur.prev;
                }else {
                    cur.next.prev = cur.prev;
                }
            }
            //已經(jīng)刪完了
            return;
        }else {
            cur = cur.next;
        }
    }
}

3.8 刪除所有值為key的節(jié)點(diǎn)

思路和刪除一個(gè)key類似，但需要注意兩個(gè)點(diǎn)。

1.刪完就不用return了，而是繼續(xù)往后走，因?yàn)檫@里是刪除所有為key需要把列表遍歷完
2.還有就是要考慮當(dāng)整個(gè)鏈表都是要?jiǎng)h除的情況，if判斷一下不然會(huì)發(fā)生空指針異常

//刪除所有值為key的節(jié)點(diǎn)
public void removeAllKey(int key) {
    ListNode cur = this.head;
    while (cur != null) {
        if(cur.val == key) {
            //要?jiǎng)h除的是頭節(jié)點(diǎn)
            if(this.head == cur) {
                this.head = this.head.next;
                //假設(shè)全部是要?jiǎng)h除的節(jié)點(diǎn)
                if(this.head != null) {
                    this.head.prev = null;
                }else {
                 //防止最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)不能被回收
                 this.last = null;
                }
            }else {
                //尾巴節(jié)點(diǎn)和中間的節(jié)點(diǎn)兩種情況
                cur.prev.next = cur.next;
                if(this.last == cur) {
                    //刪除尾巴節(jié)點(diǎn)
                    cur = cur.prev;
                }else {
                    cur.next.prev = cur.prev;
                }
            }
            //走一步
            cur = cur.next;
        }else {
            cur = cur.next;
        }
    }
}

3.9 遍歷打印鏈表

//打印鏈表
public void display() {
    ListNode cur = this.head;
    while (cur != null) {
        System.out.print(cur.val+" ");
        cur = cur.next;
    }
    System.out.println();
}

置空鏈表

遍歷鏈表一個(gè)一個(gè)置為null，再把頭節(jié)點(diǎn)和尾巴節(jié)點(diǎn)值為null。防止內(nèi)存泄漏

//置空鏈表
public void clear() {
    ListNode cur = this.head;
    //一個(gè)一個(gè)置空
    while (cur != null) {
        ListNode curNext = cur.next;
        cur.prev = null;
        cur.next = null;
        cur = curNext;
    }
    this.head = null;
    this.last = null;
}

四、總結(jié)

1.這里實(shí)現(xiàn)了兩種較難的鏈表：單向不帶頭非循環(huán)和雙向不帶頭非循環(huán)

2.鏈表物理上不一定連續(xù)，但邏輯上一定連續(xù)。

3.增：鏈表插入一個(gè)元素只需要修改指向，所以時(shí)間復(fù)雜度為O(1)

4:刪：鏈表刪除元素，同樣只需修改指向，時(shí)間復(fù)雜度為O(1)

5.查：鏈表如果需要查找一個(gè)元素需要遍歷鏈表，所以時(shí)間復(fù)雜度為O(n)

6.改：鏈表要去找到要修改的元素，所以時(shí)間復(fù)雜度為O(n).

什么時(shí)候用鏈表？
如果是插入和刪除比較頻繁的時(shí)候，使用鏈表。注意：是不涉及到移動(dòng)數(shù)據(jù)的情況！

到此本篇關(guān)于 Java 代碼實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中鏈表的增刪查改的文章就介紹到這了，想要了解更多相關(guān) Java 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)其他類型的增刪改查內(nèi)容請搜索W3Cschool以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持我們！

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