Java数据结构之链表的增删查改详解

Java数据结构之链表的增删查改详解

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

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

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

//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

//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。

/**

* 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

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

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。

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。

//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！

//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 http://(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;

GAMXfBC //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？

如果是插入和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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