上、簡單的單端鏈表
完整代碼向下拉
鏈表是一種常用的數據結構,在插入和移除操作中有着優秀的表現,同爲數據結構的數組哭暈,其實數組的訪問效率比鏈表高多了有木有。
我們先看一下鏈表的樣子
有同學可能要說了,這不就是我們生活中的交通工具——火車,沒錯鏈表的結構和下圖簡直就是一個模子刻出來的。(咳咳,忽略這靈魂的畫法)
通過火車示意圖可以觀察到,火車由火車頭和n節車廂組成,每節車廂都與下一節車廂相連,能理解這句話,鏈表你就掌握一半了。
以小學掌握的物品分類知識來對上圖進行面向對象抽象,火車整體可以認爲是鏈表,火車又由車廂組成的,同樣可以理解鏈表是由節點組成的,鏈表起到了組合節點的作用。
1、創建節點(車廂)
車廂都有哪些特點呢?車廂能存放物品,車廂與下一節車廂相連。
public class Node {
public Object data;//存放的數據
public Node next;//指向下一個節點
public Node(Object value) {
this.data = value;
}
//展示節點數據
public void display() {
System.out.print(data+" ");
}
}
2、創建鏈表(將車廂組合)
在現實中我們要想查看整個火車由一個十分暴力的方法,那就是找到火車頭,找到火車頭後沿着每節車廂向後查找就可以完整的查看整輛火車。
public class LinkList {
private Node first;//第一個節點
}
在代碼中 Node 類已經聲明瞭指向下一個節點的屬性,所以只需要找到第一個節點,調用next屬性即可無限向後查找。
3、判斷鏈表是否爲空
第一個節點爲空即爲鏈表爲空
public boolean isEmpty() {
return first == null;
}
4、添加數據到鏈表的頭部
添加數據到鏈表頭部,就是將新節點的next指向原來的首節點,再將新節點標記爲first即可。
public void addFirst(Object value) {
Node newNode = new Node(value);//創建新節點
if (isEmpty()) {
first = newNode;//沒有節點時直接標記爲首節點
} else {
newNode.next = first;//新節點next指向舊的首節點
first = newNode;
}
}
5、移除首節點
並非真正意義上的移除,而是將first指向first.next的內存地址,而原來的first會被垃圾回收器回收。
public Node removeFirst() {
if (isEmpty()) {
return null;
}
Node tmp = first;
first = first.next;
return tmp;
}
6、查看鏈表
由於鏈表中的每個節點都有變量指向下一個節點,所有可以使用循環遞進獲取下一個節點實現遍歷的效果。
public void display() {
Node current = first;//先從首節點開始
while (current != null) {
current.display();//節點不爲空,則打印該節點信息
current = current.next;//獲取當前節點的下個節點重新放入current中
System.out.println();
}
}
7、根據值查找鏈表中的節點
需要遍歷節點,將每個節點的值都與要查找的值進行比對,如果值不相等就一直循環,直到最後一個節點爲空時表示沒有查到。
public Node find(Object value) {
if (isEmpty()) {
return null;
}
Node current = first;
while (current.data != value) {
if (current.next==null){
return null;
}
current = current.next;
}
return current;
}
8、根據值移除節點
移除時同樣遍歷所有節點,但要保存查到節點的之前節點(previous),如果查到的節點是第一個節點,直接移除第一個,否則就將前一個節點指向要移除節點的下一個。
public Node remove(Object value){
if (isEmpty()) {
return null;
}
Node current = first;
Node previous = first;
while (current.data != value) {
if (current.next==null){
return null;
}
previous = current;
current = current.next;
}
if (current==first){
removeFirst();
}else{
previous.next=current.next;
}
return current;
}
9、完整代碼
public class LinkList {
private Node first;//第一個節點
public void addFirst(Object value) {
Node newNode = new Node(value);//創建新節點
if (isEmpty()) {
first = newNode;//沒有節點時直接標記爲首節點
} else {
newNode.next = first;//新節點next指向舊的首節點
first = newNode;
}
}
public Node removeFirst() {
if (isEmpty()) {
return null;
}
Node tmp = first;
first = first.next;
return tmp;
}
public void display() {
Node current = first;//先從首節點開始
while (current != null) {
current.display();//節點不爲空,則打印該節點信息
current = current.next;//獲取當前節點的下個節點重新放入current中
System.out.println();
}
}
public Node find(Object value) {
if (isEmpty()) {
return null;
}
Node current = first;
while (current.data != value) {
if (current.next==null){
return null;
}
current = current.next;
}
return current;
}
public Node remove(Object value){
if (isEmpty()) {
return null;
}
Node current = first;
Node previous = first;
while (current.data != value) {
if (current.next==null){
return null;
}
previous = current;
current = current.next;
}
if (current==first){
removeFirst();
}else{
previous.next=current.next;
}
return current;
}
public boolean isEmpty() {
return first == null;
}
public static void main(String[] args) {
LinkList linkList = new LinkList();
linkList.addFirst("a");
linkList.addFirst("b");
System.out.println("-0---");
linkList.remove("a");
linkList.display();
}
public class Node {
public Object data;//存放的數據
public Node next;//指向下一個節點
public Node(Object value) {
this.data = value;
}
//展示節點數據
public void display() {
System.out.print(data+" ");
}
}
}
單端鏈表還是有一些不足,比如我們要操作最後一個節點需要遍歷整個鏈表,下一節咱們實現雙端鏈表,提高操作最後一個節點的效率。
中、操作更簡單的雙端鏈表
上節文章中咱們瞭解了鏈表的結構及原理,但是還有些美中不足的地方,就是無法快速的訪問鏈表中的最後一個節點。
在這節文章中咱們來解決這個問題,一起來吧。
首先先看如何快速訪問尾節點,其實這個可以通過一個變量指向尾節點,在做插入、刪除時更新尾節點即可。
1、創建節點
節點用於存儲數據和下一個節點相連
public class Node {
public Object data;//存放的數據
public Node next;//指向下一個節點
public Node(Object value) {
this.data = value;
}
//展示節點數據
public void display() {
System.out.print(data + " ");
}
}
2、創建鏈表
操作節點和指向首尾兩個節點
public class DoubleEndLinkList {
private Node first;//第一個節點
private Node last;//最後一個節點
}
3、向前添加節點
如果加入的節點是第一個節點,這個節點是首節點同時也是尾節點。如果已經有節點則讓新節點指向原來的首節點,讓首節點指向新節點。
public void addFirst(Object value) {
Node newNode = new Node(value);
if (isEmpty()) {
//如果爲空,尾節點指向此節點
last = newNode;
}
//更替新節點
newNode.next = first;
first = newNode;
}
4、向後添加節點
和向前添加相反,因爲鏈表中last始終指向最後一個節點,所以操作last節點。
public void addLast(Object value) {
Node newNode = new Node(value);
if (isEmpty()) {
//如果爲空,首節點和尾節點指向此節點
first = newNode;
last = newNode;
return;
}
//更替尾節點
last.next = newNode;
last = newNode;
}
5、移除首節點
移除首節點時將首節點的下一個節點標記爲首節點即可,直到首節點與尾節點相同時(這時也意味這隻剩一個節點)不再需要輪替,直接將首尾節點設置爲null。
public Node removeFirst() {
if (isEmpty()) {
return null;
}
Node tmp = first;
//僅剩一個節點時
if (first == last) {
first = null;
last = null;
return tmp;
}
//無論有多少個節點都會輪替到first==last
first = first.next;
return tmp;
}
6、完整代碼
package com.jikedaquan.datastruct;
public class DoubleEndLinkList {
private Node first;//第一個節點
private Node last;//最後一個節點
public void addFirst(Object value) {
Node newNode = new Node(value);
if (isEmpty()) {
//如果爲空,尾節點指向此節點
last = newNode;
}
//更替新節點
newNode.next = first;
first = newNode;
}
public void addLast(Object value) {
Node newNode = new Node(value);
if (isEmpty()) {
//如果爲空,首節點和尾節點指向此節點
first = newNode;
last = newNode;
return;
}
//更替尾節點
last.next = newNode;
last = newNode;
}
public Node removeFirst() {
if (isEmpty()) {
return null;
}
Node tmp = first;
//僅剩一個節點時
if (first == last) {
first = null;
last = null;
return tmp;
}
//無論有多少個節點都會輪替到first==last
first = first.next;
return tmp;
}
public void display() {
Node current = first;//先從首節點開始
while (current != null) {
current.display();//節點不爲空,則打印該節點信息
current = current.next;//獲取當前節點的下個節點重新放入current中
System.out.println();
}
}
public boolean isEmpty() {
return first == null;
}
public static void main(String[] args) {
DoubleEndLinkList linkList = new DoubleEndLinkList();
linkList.addLast("e");
linkList.addFirst("a");
linkList.addFirst("b");
linkList.removeFirst();
linkList.removeFirst();
linkList.removeFirst();
linkList.display();
System.out.println("-0---");
linkList.addLast("c");
linkList.addFirst("1");
linkList.display();
System.out.println("-0---");
linkList.removeFirst();
linkList.removeFirst();
linkList.addLast(9);
linkList.display();
System.out.println("-0---");
linkList.display();
}
public class Node {
public Object data;//存放的數據
public Node next;//指向下一個節點
public Node(Object value) {
this.data = value;
}
//展示節點數據
public void display() {
System.out.print(data + " ");
}
}
}
雙端鏈表能同時向首尾添加新元素,用雙端鏈表實現隊列也成爲了可能(比用數組實現效率更高),但是如何快速移除最後一個元素(因爲不能快速的追溯之前的元素)成爲了一個新難題,請看下一節 雙向鏈表!
下、方便高效的雙向鏈表
單向鏈表每個節點指向下一個節點,而雙向鏈表是指每個節點還指向了前一個節點。這樣做的好處是可以快速的移除最後一個元素。
1、保存數據的節點
節點除了指向下一個節點還要指向前一個節點
public class Node {
public Object data;//存放的數據
public Node previous;//指向前一個節點
public Node next;//指向下一個節點
public Node(Object value) {
this.data = value;
}
//展示節點數據
public void display() {
System.out.print(data + " ");
}
}
2、創建鏈表指向首元素和尾元素
public class TwoWayLinkList {
private Node first;
private Node last;
}
3、向前添加元素
考慮到鏈表爲空時,首元素和尾元素均指向新元素。
public void addFirst(Object value) {
Node newNode = new Node(value);
if (isEmpty()) {
last = newNode;
first = newNode;
return;
}
//新首元素指向舊首元素
newNode.next = first;
//舊首元素的前一個指向新首元素
first.previous = newNode;
//更替首元素
first = newNode;
}
4、向後添加元素
由於是雙向的,所以之前的引用和之後的引用都要更新
public void addLast(Object value) {
Node newNode = new Node(value);
if (isEmpty()) {
first = newNode;
last = newNode;
return;
}
//更替尾元素
newNode.previous = last;
last.next = newNode;
last = newNode;
}
5、移除首元素
如果過已是最後一個元素,直接將首尾設置爲null,其他情況進行輪替。
public Node removeFirst() {
Node removeNode = first;
//如果當前已是最後一個元素
if (first.next == null) {
first = null;
last = null;
return removeNode;
}
//首元素指向下一個元素
first = first.next;
//將新首元素指向的之前的元素設爲null
first.previous = null;
return removeNode;
}
6、移除尾元素
和移除首元素類似
public Node removeLast() {
Node removeNode = last;
if (last.previous == null) {
first = null;
last = null;
return null;
}
//尾元素指向舊尾元素之前的元素
last = last.previous;
//將新尾元素的下一個元素設爲null
last.next = null;
return removeNode;
}
7、根據值移除節點
從第一個元素開始遍歷,如果值不相同就一直遍歷,沒有元素匹配返回null,有元素相同時將之前的元素指向當前元素的下一個,將當前元素下一個指向前一個。
public Node remove(Object value) {
if (isEmpty()){
return null;
}
Node current = first;
while (current.data != value) {
if (current.next == null) {
return null;
}
current = current.next;
}
current.previous.next = current.next;
current.next.previous = current.previous;
return current;
}
8、完整代碼
package com.jikedaquan.datastruct;
public class TwoWayLinkList {
private Node first;
private Node last;
public void addFirst(Object value) {
Node newNode = new Node(value);
if (isEmpty()) {
last = newNode;
first = newNode;
return;
}
//新首元素指向舊首元素
newNode.next = first;
//舊首元素的前一個指向新首元素
first.previous = newNode;
//更替首元素
first = newNode;
}
public void addLast(Object value) {
Node newNode = new Node(value);
if (isEmpty()) {
first = newNode;
last = newNode;
return;
}
//更替尾元素
newNode.previous = last;
last.next = newNode;
last = newNode;
}
public Node removeFirst() {
Node removeNode = first;
//如果當前已是最後一個元素
if (first.next == null) {
first = null;
last = null;
return removeNode;
}
//首元素指向下一個元素
first = first.next;
//將新首元素指向的之前的元素設爲null
first.previous = null;
return removeNode;
}
public Node removeLast() {
Node removeNode = last;
if (last.previous == null) {
first = null;
last = null;
return null;
}
//尾元素指向舊尾元素之前的元素
last = last.previous;
//將新尾元素的下一個元素設爲null
last.next = null;
return removeNode;
}
public Node remove(Object value) {
if (isEmpty()){
return null;
}
Node current = first;
while (current.data != value) {
if (current.next == null) {
return null;
}
current = current.next;
}
current.previous.next = current.next;
current.next.previous = current.previous;
return current;
}
public boolean isEmpty() {
return first == null;
}
public void display() {
Node current = first;//先從首節點開始
while (current != null) {
current.display();//節點不爲空,則打印該節點信息
current = current.next;//獲取當前節點的下個節點重新放入current中
}
System.out.println();
}
public static void main(String[] args) {
TwoWayLinkList linkList = new TwoWayLinkList();
linkList.addFirst("b");
linkList.addFirst("a");
linkList.display();
System.out.println("======");
while (!linkList.isEmpty()) {
linkList.removeFirst();
linkList.display();
}
System.out.println("======");
linkList.addLast("c");
linkList.addLast("d");
linkList.display();
System.out.println("======");
while (!linkList.isEmpty()) {
linkList.removeLast();
linkList.display();
}
System.out.println("======");
linkList.addFirst("e");
linkList.addLast("f");
linkList.addLast("g");
linkList.display();
System.out.println("======");
linkList.remove("f");
System.out.println("======");
linkList.display();
}
public class Node {
public Object data;//存放的數據
public Node previous;//指向前一個節點
public Node next;//指向下一個節點
public Node(Object value) {
this.data = value;
}
//展示節點數據
public void display() {
System.out.print(data + " ");
}
}
}
9、總結
鏈表是節點中通過變量指向前一個節點和下一個節點實現了相連,鏈表在移除節點、首尾添加節點有着優越的性能,時間複雜度O(1)。數組在做同等操作需要O(n),但在訪問元素上優於鏈表,空間複雜度也小於鏈表,應在不同的場景選用不同的結構。
當然這些數據結構也不需要我們去實現的,java語言中已經有對應的實現。