Java数据结构与算法之单链表深入理解

一、单链表(Linked List)简介

二、单链表的各种操作

1.单链表的创建和遍历

2.单链表的按顺序插入节点 以及节点的修改

3.单链表节点的删除

4.以上单链表操作的代码实现 (通过一个实例应用)

实例：使用带head头的单向链表实现 - 水浒英雄排行榜管理

1) 完成对英雄人物的增删改查操作，注：删除和修改，查找

2）第一种方法在添加英雄时，直接添加到链表的尾部

3）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 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");
// 创建一个链表
SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
// 加入
//singleLinkedList.add(hero1);
//singleLinkedList.add(hero2);
//singleLinkedList.add(hero3);
//singleLinkedList.add(hero4);
// 加入按照编号的顺序
singleLinkedList.addByOrder(hero1);
singleLinkedList.addByOrder(hero4);
singleLinkedList.addByOrder(hero2);
singleLinkedList.addByOrder(hero3);

// 显示
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();
// 删除节点
singleLinkedList.del(1);
singleLinkedList.del(4);
singleLinkedList.del(3);
singleLinkedList.del(2);
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变量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
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;
}
// 为了显示方便，我们重写toString
@Override
public String toString() {
return "HeroNode [no=" + no + ", name=" + name + ", nickname=" + nickname + "]";
}
}

三、单链表常见面试题

1.求单链表中节点的个数

// 方法：获取到单链表的节点的个数(如果是带头结点的链表，需要不统计头节点)
/**
* head 链表的头节点 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;
}

2.查找单链表中的倒数第K个节点【新浪面试题】

// 查找单链表的倒数第k个结点【新浪面试题】
// 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null
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，就是倒数的第index个节点
// 先做一个index的校验
if (index <= 0 || index > size) {
return null;
}
// 定义一个辅助变量，for 循环定位到倒数的index
HeroNode cur = head.next;// 3 - 1 = 2
for (int i = 0; i < size - index; i++) {
cur = cur.next;
}
return cur;
}

3.单链表的反转【腾讯面试题，有点难度】

注意这块思路有点特殊，没理解可以再看看！！！！！！

// 将单链表反转
public static void reverseList(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
// 这里难，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;
}

4.从尾到头打印单链表

【百度，要求方式1：反向遍历。方式2：Stack栈】

思路：

• 上面的题的要求就是逆序打印单链表

• 方式1：先将单链表进行反转操作，然后再遍历即可，这样做的问题是会破坏原来的单链表的结构，不建议

• 方式2：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

// 方式2：
// 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
}
}

来源：https://blog.csdn.net/weixin_49329785/article/details/120227417