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Java链表 Java数据结构之链表的增删查改详解

爱敲代码的三毛   2021-05-23 我要评论
想了解Java数据结构之链表的增删查改详解的相关内容吗,爱敲代码的三毛在本文为您仔细讲解Java链表的相关知识和一些Code实例,欢迎阅读和指正,我们先划重点:Java链表,java数据结构,下面大家一起来学习吧。

一、链表的概念和结构

1.1 链表的概念

简单来说链表是物理上不一定连续,但是逻辑上一定连续的一种数据结构

1.2 链表的分类

实际中链表的结构非常多样,以下情况组合起来就有8种链表结构. 单向和双向,带头和不带头,循环和非循环。排列组合和会有8种。
但我这只是实现两种比较难的链表,理解之后其它6种就比较简单了
1.单向不带头非循环链表
2.双向不带头非循环链表

二、单向不带头非循环链表

在这里插入图片描述

2.1 创建节点类型

我们创建了一个 ListNode 类为节点类型,里面有两个成员变量,val用来存储数值,next来存储下一个节点的地址。
还有一个带一个参数的构造方法在实例化对象的同时给val赋值,因为我们不知道下一个节点的地址所以next是默认值一个null

class ListNode {
    public int val;//数值
    public ListNode next;//下一个节点的地址

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

我们在 MyLinkedList 里创建一个head变量来标识链表的头部,接着就是实现单链表的增删查改了

在这里插入图片描述

2.2 头插法

这个头插法并不要考虑第一次插入,每次插入只需要把插入的节点node 的next值改成头节点,再把头节点指向node

在这里插入图片描述

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

2.3 尾插法

尾插法首先要考虑是不是第一次插入,如果是的话直接把head指向node就好了,如果不是第一次插入,则需要定义一个cur来找尾巴节点,把尾巴节点的next值改成node就好了。因为如果不用尾巴节点的话,head就无法标识到头部了

在这里插入图片描述

//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 获取链表长度

定义一个计数器count,当cur遍历完链表的时候直接返回count就好

//得到单链表的长度
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

我们假设链表的头是从0位置开始的,任意位置插入需要考虑几点
1.位置的合法性,如果位置小于0,或者大于链表长度则位置不合法
2.如果要插入的是0位置直接使用头插法
3.如果插入的位置等于链表长度则使用尾插法,因为我们这链表是从0开始的

最关键的就是从中间任意位置插入 要从中间位置插入,就需要找到要插入位置的前一个节点的位置。再插入到它们中间。

在这里插入图片描述

  /**
     * 让 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,第一个数据节点为0号下标
public void addIndex(int index,int data) {
    //判断合法性
    if(index < 0 || index > size()) {
            System.out.println("index位置不合法");
            return;
    }
    //头插法
    if(index == 0) {
        this.addFirst(data);
        return;
    }
    //尾插法
    if(index == size()) {
        this.addLast(data);
        return;
    }
    //找前驱,cur指向的是 index 的前一个节点
    ListNode cur = findIndexSubOne(index);
    ListNode node = new ListNode(data);
    node.next = cur.next;
    cur.next = node;
}

2.6 查找关键字

当我们要查找链表中是否有某一个关键字时,只需要定义一个cur从头开始遍历即可

//查找是否包含关键字key是否在单链表当中
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 删除第一次出现值为key的节点

这个思路其实也很简单,考虑到两种情况即可

1.如果要删除的是头节点只需要把头节点指向它的向一个节点即可
2.还有一种则是不存在key的情况,所以这里写了一个方法来判读key是否存在,如果存在则返回key的前一个节点的位置
3.存在则把要删除的节点的前驱的next改成它的next即可

/**
  * 找要删除 key 的前一个节点
 * @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;
}
//删除第一次出现关键字为key的节点
public void remove(int key) {
    if(this.head.val == key) {
        this.head = this.head.next;
        return;
    }
    //找 key 的前驱节点
    ListNode prev = searchPrev(key);
    if(prev == null) {
        System.out.println("没有key这个关键字");
        return;
    }
    //删除
    ListNode delete = prev.next;
    prev.next = delete.next;
}

2.8 删除所有值为key的节点

在这里插入图片描述

假设要删除的是3,思路:

定义两个节点点类型的变量,prev指向head,cur指向head的下一个节点。
如果判断cur的val值是要删除的值,如果是则直接跳过这个节点 如果不是则让prev和cur往后走,直到整个链表遍历完。
到最后会发现头节点并没有遍历到,循环结束后则需要判读头节点是不是要删除的节点

记住一定要边画图边写代码!

//删除所有值为key的节点
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;
        }
    }
    //判断第一个节点是否是要删除的节点
    if(this.head.val == key) {
        this.head = this.head.next;
    }
}

2.9 遍历打印链表

定义一个cur直接遍历打印就好

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

置空链表

置空链表只需要一个个置空即可,并不建议直接把头节点置空这种暴力做法

//置空链表
public void clear() {
    ListNode cur = this.head;
    //一个个制空
    while (cur != null) {
        ListNode curNext = cur.next;
        cur.next = null;
        cur = curNext;
    }
    this.head = null;
}

三、双向不带头非循环链表

双向链表和单向链表的最大的区别就是多了一个前驱节点prev,同样来实现双向链表的增删查改

在这里插入图片描述

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

3.1 创建节点类型

同样先定义节点类型,比单向链表多了一个前驱节点而已。

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

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

双向链表还定义了一个last来标识尾巴节点,而单链表只是标识了头节点。

在这里插入图片描述

3.2 头插法

因为这是双向链表,第一次插入要让head和last同时指向第一个节点。
如果不是第一次插入,则需要
1.把head的前驱节点改成node,
2.再把node的next改成head,
3.然后把头节点head再指向新的头节点node。

在这里插入图片描述

//头插法
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

双向链表有一个last来标识尾巴节点,所以在尾插的时候不用再找尾巴节点了。和头插法类似

//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 获取链表长度

这个和单链表一样,直接定义个cur遍历

//得到链表的长度
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

任意位置插入也和单链表类似有三种情况。判断合法性和头插尾插就不多了主要还是在中间的随机插入,一定要注意修改的顺序!

要修改的地方一共有四个,一定要画图理解!

在这里插入图片描述

//找要插入的节点的位置
public ListNode searchIndex(int index) {
    ListNode cur = this.head;
    while (index != 0) {
        cur = cur.next;
        index--;
    }
    return  cur;
}
//任意位置插入,第一个数据节点为0号下标
public void addIndex(int index,int data) {
    //判断index位置的合法性
    if(index < 0 || index > this.size()) {
        System.out.println("index的位置不合法");
        return;
    }
    //头插法
    if(index == 0) {
        this.addFirst(data);
        return;
    }
    //尾插法
    if(index == this.size()) {
        this.addLast(data);
        return;
    }
    //中间插入
    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 查找关键字

这里和单链表一样,直接定义个cur遍历看看链表里有没有这个值即可

//查找是否包含关键字key是否在单链表当中
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 删除第一次出现的关键字key的节点

思路:遍历链表找第一次出现的节点,删完return。一共分三种情况
1.头节点是要删除的节点
2.尾巴节点是要删除的节点
3.中间的节点是要删除的节点

//删除第一次出现关键字为key的节点
public void remove(int key) {
    ListNode cur = this.head;
    while (cur != null) {
        if(cur.val == key) {
            //要删除的是头节点
            if(this.head == cur) {
                this.head = this.head.next;
                this.head.prev = null;
            }else {
                //尾巴节点和中间的节点两种情况
                cur.prev.next = cur.next;
                if(this.last == cur) {
                    //删除尾巴节点
                    cur = cur.prev;
                }else {
                    cur.next.prev = cur.prev;
                }
            }
            //已经删完了
            return;
        }else {
            cur = cur.next;
        }
    }
}

3.8 删除所有值为key的节点

思路和删除一个key类似,但需要注意两个点。

1.删完就不用return了,而是继续往后走,因为这里是删除所有为key需要把列表遍历完
2.还有就是要考虑当整个链表都是要删除的情况,if判断一下不然会发生空指针异常

//删除所有值为key的节点
public void removeAllKey(int key) {
    ListNode cur = this.head;
    while (cur != null) {
        if(cur.val == key) {
            //要删除的是头节点
            if(this.head == cur) {
                this.head = this.head.next;
                //假设全部是要删除的节点
                if(this.head != null) {
                    this.head.prev = null;
                }else {
                 //防止最后一个节点不能被回收
                 this.last = null;
                }
            }else {
                //尾巴节点和中间的节点两种情况
                cur.prev.next = cur.next;
                if(this.last == cur) {
                    //删除尾巴节点
                    cur = cur.prev;
                }else {
                    cur.next.prev = cur.prev;
                }
            }
            //走一步
            cur = cur.next;
        }else {
            cur = cur.next;
        }
    }
}

3.9 遍历打印链表

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

置空链表

遍历链表一个一个置为null,再把头节点和尾巴节点值为null。防止内存泄漏

//置空链表
public void clear() {
    ListNode cur = this.head;
    //一个一个置空
    while (cur != null) {
        ListNode curNext = cur.next;
        cur.prev = null;
        cur.next = null;
        cur = curNext;
    }
    this.head = null;
    this.last = null;
}

四、总结

1.这里实现了两种较难的链表:单向不带头非循环和双向不带头非循环

2.链表物理上不一定连续,但逻辑上一定连续。

3.增:链表插入一个元素只需要修改指向,所以时间复杂度为O(1)

4:删:链表删除元素,同样只需修改指向,时间复杂度为O(1)

5.查:链表如果需要查找一个元素需要遍历链表,所以时间复杂度为O(n)

6.改:链表要去找到要修改的元素,所以时间复杂度为O(n).

什么时候用链表?
如果是插入删除比较频繁的时候,使用链表。注意:是不涉及到移动数据的情况!


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