数据结构 - java数据结构第4章-链表（双向链表） - 《大数据之路》

4.4 双向链表应用实例
- 4.4.1双向链表的操作分析和实现
- 4.4.2课堂作业和思路提示
  - 1.直接上代码
  - 2.运行结果
4.5 单向环形链表应用场景

4.4 双向链表应用实例

4.4.1双向链表的操作分析和实现

使用带head 头的双向链表实现–水浒英雄排行榜

1.管理单向链表的缺点分析:

1) 单向链表，查找的方向只能是一个方向，而双向链表可以向前或者向后查找。
2) 单向链表不能自我删除，需要靠辅助节点，而双向链表，则可以自我删除，所以前面我们单链表删除
时节点，总是找到temp,temp 是待删除节点的前一个节点(认真体会).
3) 分析了双向链表如何完成遍历，添加，修改和删除的思路

对上图的说明:

2.分析双向链表的遍历，添加，修改，删除的操作思路

===》代码实现
1.遍历方和单链表一样，只是可以向前，也可以向后查找
2.添加 (默认添加到双向链表的最后)
2.1 先找到双向链表的最后这个节点
2.2 emp.next = newHeroNode
2.3 newHeroNode.pre = temp;
3.修改思路和原来的单向链表一样.
4.删除
4.1 因为是双向链表，因此，我们可以实现自我删除某个节点
4.2 直接找到要删除的这个节点，比如temp
4.3 temp.pre.next = temp.next
4.4 temp.next.pre = temp.pre;

3.双向链表的代码实现

package Linkedlist;
public class DoubleLinkedListDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 测试
        System.out.println("双向链表的测试");
        // 先创建节点
        HeroNode2 hero1 = new HeroNode2(1, "宋江", "及时雨");
        HeroNode2 hero2 = new HeroNode2(2, "卢俊义", "玉麒麟");
        HeroNode2 hero3 = new HeroNode2(3, "吴用", "智多星");
        HeroNode2 hero4 = new HeroNode2(4, "林冲", "豹子头");
        // 创建一个双向链表
        DoubleLinkedList doubleLinkedList = new DoubleLinkedList();
        doubleLinkedList.add(hero1);
        doubleLinkedList.add(hero2);
        doubleLinkedList.add(hero3);
        doubleLinkedList.add(hero4);
        doubleLinkedList.list();
        // 修改
        HeroNode2 newHeroNode = new HeroNode2(4, "公孙胜", "入云龙");
        doubleLinkedList.update(newHeroNode);
        System.out.println("修改后的链表情况");
        doubleLinkedList.list();
        // 删除
        doubleLinkedList.del(3);
        System.out.println("删除后的链表情况~~");
        doubleLinkedList.list();
    }
}
// 创建一个双向链表的类
class DoubleLinkedList {
    // 先初始化一个头节点, 头节点不要动, 不存放具体的数据
    private HeroNode2 head = new HeroNode2(0, "", "");
    // 返回头节点
    public HeroNode2 getHead() {
        return head;
    }
    // 遍历双向链表的方法
    // 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
        HeroNode2 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;
        }
    }
    // 添加一个节点到双向链表的最后.
    public void add(HeroNode2 heroNode) {
        // 因为head 节点不能动，因此我们需要一个辅助遍历temp
        HeroNode2 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
        // 形成一个双向链表
        temp.next = heroNode;
        heroNode.pre = temp;
    }
    // 修改一个节点的内容, 可以看到双向链表的节点内容修改和单向链表一样
    // 只是节点类型改成HeroNode2
    public void update(HeroNode2 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
        HeroNode2 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);
        }
    }
    // 从双向链表中删除一个节点,
        // 说明
        // 1 对于双向链表，我们可以直接找到要删除的这个节点
        // 2 找到后，自我删除即可
    public void del(int no) {
        // 判断当前链表是否为空
        if (head.next == null) {// 空链表
            System.out.println("链表为空，无法删除");
            return;
        }
        HeroNode2 temp = head.next; // 辅助变量(指针)
        boolean flag = false; // 标志是否找到待删除节点的
        while (true) {
            if (temp == null) { // 已经到链表的最后
                break;
            }
            if (temp.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;[单向链表]
            temp.pre.next = temp.next;
            // 这里我们的代码有问题?
            // 如果是最后一个节点，就不需要执行下面这句话，否则出现空指针
            if (temp.next != null) {
                temp.next.pre = temp.pre;
            }
        } else {
            System.out.printf("要删除的%d 节点不存在\n", no);
        }
    }
}
// 定义HeroNode2 ， 每个HeroNode 对象就是一个节点
class HeroNode2 {
    public int no;
    public String name;
    public String nickname;
    public HeroNode2 next; // 指向下一个节点, 默认为null
    public HeroNode2 pre; // 指向前一个节点, 默认为null
    // 构造器
    public HeroNode2(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.代码运行结果

双向链表的测试
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=及时雨]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickname=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickname=智多星]
HeroNode [no=4, name=林冲, nickname=豹子头]
修改后的链表情况
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=及时雨]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickname=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickname=智多星]
HeroNode [no=4, name=公孙胜, nickname=入云龙]
删除后的链表情况~~
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=及时雨]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickname=玉麒麟]
HeroNode [no=4, name=公孙胜, nickname=入云龙]
Process finished with exit code 0

4.4.2课堂作业和思路提示

双向链表的第二种添加方式,按照编号顺序[示意图]按照单链表的顺序添加，稍作修改即可.

1.直接上代码

//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(HeroNode2 heroNode2) {
        //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
        HeroNode2 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 > heroNode2.no) { //位置找到，就在temp 的前面插入
                break;
            } else if (temp.next.no == heroNode2.no) {//说明希望添加的heroNode2 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", heroNode2.no);
        } else {
            heroNode2.next = temp.next;
            temp.next = heroNode2;
        }
    }

其中前面测试语句：

// 测试
        System.out.println("双向链表的测试");
        // 先创建节点
        HeroNode2 hero1 = new HeroNode2(1, "宋江", "及时雨");
        HeroNode2 hero2 = new HeroNode2(2, "卢俊义", "玉麒麟");
        HeroNode2 hero5 = new HeroNode2(5, "吴用", "智多星");
        HeroNode2 hero6 = new HeroNode2(6, "林冲", "豹子头");
        // 创建一个双向链表
        DoubleLinkedList doubleLinkedList = new DoubleLinkedList();
        doubleLinkedList.add(hero1);
        doubleLinkedList.add(hero2);
        doubleLinkedList.add(hero5);
        doubleLinkedList.add(hero6);
        doubleLinkedList.list();
// 有序添加
        HeroNode2 newHeroNode = new HeroNode2(4, "公孙胜", "入云龙");
        doubleLinkedList.addByOrder(newHeroNode);
        System.out.println("有序添加后的链表情况");
        doubleLinkedList.list();

2.运行结果

双向链表的测试
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=及时雨]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickname=玉麒麟]
HeroNode [no=5, name=吴用, nickname=智多星]
HeroNode [no=6, name=林冲, nickname=豹子头]
有序添加后的链表情况
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=及时雨]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickname=玉麒麟]
HeroNode [no=4, name=公孙胜, nickname=入云龙]
HeroNode [no=5, name=吴用, nickname=智多星]
HeroNode [no=6, name=林冲, nickname=豹子头]
Process finished with exit code 0

测试空指针情况：

双向链表的测试
链表为空
有序添加后的链表情况
HeroNode [no=4, name=公孙胜, nickname=入云龙]
Process finished with exit code 0

4.5 单向环形链表应用场景

4.5.1 Josephu(约瑟夫、约瑟夫环) 问题

Josephu 问题为：设编号为1，2，… n 的n 个人围坐一圈，约定编号为k（1<=k<=n）的人从1 开始报数，数
到m 的那个人出列，它的下一位又从1 开始报数，数到m 的那个人又出列，依次类推，直到所有人出列为止，由
此产生一个出队编号的序列。
提示：用一个不带头结点的循环链表来处理Josephu 问题：先构成一个有n 个结点的单循环链表，然后由k 结
点起从1 开始计数，计到m 时，对应结点从链表中删除，然后再从被删除结点的下一个结点又从1 开始计数，直
到最后一个结点从链表中删除算法结束。

4.5.2 单向环形链表介绍

4.5.3 约瑟夫问题求解

1.约瑟夫问题示意图

Josephu 问题为：
设编号为1，2，… n的n个人围坐一圈，约定编号为k（1<=k<=n）的人从1开始报数，数到m 的那个人出列，它的下一位又从1开始报数，数到m的那个人又出列，依次类推，直到所有人出列为止，由此产生一个出队编号的序列。

n = 5 , 即有5个人
k = 1, 从第一个人开始报数
m = 2, 数2下
2.创建环形链表的思路图解

构建一个单向的环形链表思路
1. 先创建第一个节点, 让 first 指向该节点，并形成环形
2. 后面当我们每创建一个新的节点，就把该节点，加入到已有的环形链表中即可.
遍历环形链表
1. 先让一个辅助指针(变量) curBoy，指向first节点
2. 然后通过一个while循环遍历该环形链表即可 curBoy.next == first 结束

3.小孩出圈的思路分析图

根据用户的输入，生成一个小孩出圈的顺序
n = 5 , 即有5个人
k = 1, 从第一个人开始报数
m = 2, 数2下
1. 需求创建一个辅助指针(变量) helper , 事先应该指向环形链表的最后这个节点. 补充：小孩报数前，先让 first 和 helper 移动 k - 1次
2. 当小孩报数时，让first 和 helper 指针同时的移动 m - 1 次
3. 这时就可以将first 指向的小孩节点出圈 first = first .next helper.next = first 原来first 指向的节点就没有任何引用，就会被回收出圈的顺序 2->4->1->5->3
4. Josephu 问题的代码实现
```java package Linkedlist;

public class Josepfu { public static void main(String[] args) { // 测试一把看看构建环形链表，和遍历是否ok CircleSingleLinkedList circleSingleLinkedList = new CircleSingleLinkedList(); circleSingleLinkedList.addBoy(5);// 加入5 个小孩节点 circleSingleLinkedList.showBoy(); //测试一把小孩出圈是否正确 circleSingleLinkedList.countBoy(1, 2, 5); // 2->4->1->5->3 } }

// 创建一个环形的单向链表 class CircleSingleLinkedList { // 创建一个first 节点,当前没有编号 private Boy first = null;

// 添加小孩节点，构建成一个环形的链表
public void addBoy(int nums) {
    // nums 做一个数据校验
    if (nums < 1) {
        System.out.println("nums 的值不正确");
        return;
    }
    Boy curBoy = null; // 辅助指针，帮助构建环形链表
    // 使用for 来创建我们的环形链表
    for (int i = 1; i <= nums; i++) {
        // 根据编号，创建小孩节点
        Boy boy = new Boy(i);
        // 如果是第一个小孩
        if (i == 1) {
            first = boy;
            first.setNext(first); // 构成环
            curBoy = first; // 让curBoy 指向第一个小孩
        } else {
            curBoy.setNext(boy);//
            boy.setNext(first);//
            curBoy = boy;
        }
    }
}
// 遍历当前的环形链表
public void showBoy() {
    // 判断链表是否为空
    if (first == null) {
        System.out.println("没有任何小孩~~");
        return;
    }
    // 因为first 不能动，因此我们仍然使用一个辅助指针完成遍历
    Boy curBoy = first;
    while (true) {
        System.out.printf("小孩的编号%d \n", curBoy.getNo());
        if (curBoy.getNext() == first) {// 说明已经遍历完毕
            break;
        }
        curBoy = curBoy.getNext(); // curBoy 后移
    }
}
// 根据用户的输入，计算出小孩出圈的顺序
/**
 * @param startNo  表示从第几个小孩开始数数
 * @param countNum 表示数几下
 * @param nums     表示最初有多少小孩在圈中
 */
public void countBoy(int startNo, int countNum, int nums) {
// 先对数据进行校验
    if (first == null || startNo < 1 || startNo > nums) {
        System.out.println("参数输入有误， 请重新输入");
        return;
    }
    // 创建要给辅助指针,帮助完成小孩出圈
    Boy helper = first;
    // 需求创建一个辅助指针(变量) helper , 事先应该指向环形链表的最后这个节点
    while (true) {
        if (helper.getNext() == first) { // 说明helper 指向最后小孩节点
            break;
        }
        helper = helper.getNext();
    }
    //小孩报数前，先让first 和helper 移动k - 1 次
    for (int j = 0; j < startNo - 1; j++) {
        first = first.getNext();
        helper = helper.getNext();
    }
    //当小孩报数时，让first 和helper 指针同时的移动m - 1 次, 然后出圈
    //这里是一个循环操作，知道圈中只有一个节点
    while (true) {
        if (helper == first) { //说明圈中只有一个节点
            break;
        }
        //让first 和helper 指针同时的移动countNum - 1
        for (int j = 0; j < countNum - 1; j++) {
            first = first.getNext();
            helper = helper.getNext();
        }
        //这时first 指向的节点，就是要出圈的小孩节点
        System.out.printf("小孩%d 出圈\n", first.getNo());
        //这时将first 指向的小孩节点出圈
        first = first.getNext();
        helper.setNext(first); //
    }
    System.out.printf("最后留在圈中的小孩编号%d \n", first.getNo());
}

}

// 创建一个Boy 类，表示一个节点 class Boy { private int no;// 编号 private Boy next; // 指向下一个节点,默认null

public Boy(int no) {
    this.no = no;
}

public int getNo() {
    return no;
}

public void setNo(int no) {
    this.no = no;
}

public Boy getNext() {
    return next;
}

public void setNext(Boy next) {
    this.next = next;
}

}

<a name="DxHmN"></a>
#### 5.结果演示
```java
小孩的编号1 
小孩的编号2 
小孩的编号3 
小孩的编号4 
小孩的编号5 
小孩2 出圈
小孩4 出圈
小孩1 出圈
小孩5 出圈
最后留在圈中的小孩编号3 

Process finished with exit code 0

java数据结构 第4章-链表（双向链表）