数据结构 - java数据结构第4章-链表（单链表） - 《大数据之路》

第4章链表

第4章链表

4.1 链表(Linked List)介绍

4.1.1 存储结构

链表是有序的列表，但是它在内存中是存储如下

小结上图:
1) 链表是以节点的方式来存储,是链式存储
2) 每个节点包含data 域， next 域：指向下一个节点.
3) 如图：发现链表的各个节点不一定是连续存储.
4) 链表分带头节点的链表和没有头节点的链表，根据实际的需求来确定

4.1.2 逻辑结构

单链表(带头结点) 逻辑结构示意图如下

4.2 单链表的应用实例

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,查找可以考虑学员独立完成，也可带学员完成
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)

1) 第一种方法在添加英雄时，直接添加到链表的尾部

思路分析示意图:

添加（创建）
1. 先创建一个head 头节点，作用就是表示单链表的头
2. 后面我们每添加一个节点，就直接加入到链表的最后
遍历：
1. 通过一个辅助变量遍历，帮助遍历整个链表

2) 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)
思路的分析示意图:

需要按照编号的顺序添加
1. 首先找到新添加的节点的位置, 是通过辅助变量(指针), 通过遍历来搞定
2. 新的节点.next = temp.next
3. 将temp.next = 新的节点

3) 修改节点功能

思路(1) 先找到该节点，通过遍历，(2) temp.name = newHeroNode.name ; temp.nickname= newHeroNode.nickname

4) 删除节点

思路分析的示意图:

从单链表中删除一个节点的思路
1. 我们先找到需要删除的这个节点的前一个节点 temp
2. temp.next = temp.next.next
3. 被删除的节点，将不会有其它引用指向，会被垃圾回收机制回收

5) 代码演示:

package Linkedlist;
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");
        //创建要给链表
        SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
        //加入
        // singleLinkedList.add(hero1);
        // singleLinkedList.add(hero4);
        // singleLinkedList.add(hero2);
        // singleLinkedList.add(hero3);
        //加入按照编号的顺序
        singleLinkedList.addByOrder(hero1);
        singleLinkedList.addByOrder(hero4);
        singleLinkedList.addByOrder(hero2);
        singleLinkedList.addByOrder(hero3);
        //显示一把
        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();
        //删除一个节点
        singleLinkedList.del(1);
        singleLinkedList.del(4);
        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的
        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;
    }
    //为了显示方法，我们重新toString
    @Override
    public String toString() {
        return "HeroNode [no=" + no + ", name=" + name + ", nickname=" + nickname + "]";
    }
}

4.3 单链表面试题(新浪、百度、腾讯)

单链表的常见面试题有如下:

1) 求单链表中有效节点的个数

代码如下：

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

上面仅思路的代码，具体代码见github，缺失的内容简单列一下
1.定义链表：

2.写一个管理链表的类
2.1 定义头节点、返回头结点

2.2 定义添加节点方法add

2.3 定义显示链表方法list

3.在main方法里面创建节点，添加节点信息，求个数（添加4个，所以结果是4个）

当然，这里有同学要说，直接引用链表的包不就好了！对没错，这里只是在上面代码里面继续敲面试题，思路和步骤仅参考~~

2) 查找单链表中的倒数第k 个结点【新浪面试题】

代码演示:

//查找单链表中的倒数第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nulll
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，就是我们倒数的第K 个节点
    //先做一个index 的校验
    if(index <=0 || index > size) {
        return null;
    }
    //定义给辅助变量， for 循环定位到倒数的index
    HeroNode cur = head.next; //3 // 3 - 1 = 2
    for(int i =0; i< size - index; i++) {
    cur = cur.next;
    }
    return cur;
}

代码缺失部分见1）补充，结果为：

3) 单链表的反转【腾讯面试题，有点难度】

思路分析图解

思路:
1. 先定义一个节点 reverseHead = new HeroNode();
2. 从头到尾遍历原来的链表，每遍历一个节点，就将其取出，并放在新的链表reverseHead 的最前端.
3. 原来的链表的head.next = reverseHead.next
代码实现

//将单链表反转
public static void reversetList(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
    //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;
}

测试代码：

        //测试一下 求单链表中有效节点个数
        System.out.println("有效的节点个数=" +getLength( singleLinkedList.getHead()));
        //测试一下看看是否得到了倒数k个节点
        HeroNode res=findLastIndexNode(singleLinkedList.getHead(),1);
        System.out.println("res="+res);
        ///测试一下单链表反转
        System.out.println("原来链表的情况");
        singleLinkedList.list();
        System.out.println("反转单链表~~");
        reversetList(singleLinkedList.getHead());
        singleLinkedList.list();

运行结果：

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】

思路分析图解

思路
1. 上面的题的要求就是逆序打印单链表.
2. 方式1：先将单链表进行反转操作，然后再遍历即可，这样的做的问题是会破坏原来的单链表的结构，不建议
3. 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. 举例演示栈的使用 Stack

代码实现
写了一个小程序，测试Stack 的使用

package com.atguigu.linkedlist;
import java.util.Stack;
//演示栈Stack 的基本使用
public class TestStack {
    public static void main(String[] args) {
        Stack<String> stack = new Stack();
        // 入栈
        stack.add("jack");
        stack.add("tom");
        stack.add("smith");
        // 出栈
        // smith, tom , jack
        while (stack.size() > 0) {
            System.out.println(stack.pop());//pop 就是将栈顶的数据取出
        }
    }
}

单链表的逆序打印代码:

//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
    }
    //创建要给一个栈，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
    }
}

结果

5) 合并两个有序的单链表，合并之后的链表依然有序【课后练习.】

并两个有序的单链表，合并之后的新链表依然有序（课后作业）

java数据结构 第4章-链表（单链表）