数据结构-链表
链表
现虽然顺序表的查询很快，时间复杂度为 O(1) , 但是增删的效率是比较低的，因为每一次增删操作都伴随着大量的数据元素移动。
所以可以使用另外一种存储结构实现线性表，链式存储结构。
链表是一种物理存储单元上非连续、非顺序的存储结构，其物理结构不能只管的表示数据元素的逻辑顺序，数据元素的逻辑顺序是通过链表中的指针链接次序实现的。链表由一系列的结点（链表中的每一个元素称为结点）组成，结点可以在运行时动态生成。
1.单向链表
单向链表是链表的一种，它由多个结点组成，每个结点都由一个数据域和一个指针域组成，数据域用来存储数据，指针域用来指向其后继结点。
链表的头结点的数据域不存储数据，指针域指向第一个真正存储数据的结点。
1.1 单链表实现
public class LinkList<T> implements Iterable<T> {
//记录头节点
private Node head;
//记录元素个数
private int n;
public class Node {
//存储元素
public T item;
//指向下一个结点
public Node next;
public Node(T item, Node next) {
this.item = item;
this.next = next;
}
}
//构造函数
public LinkList() {
//初始化头节点
this.head = new Node(null, null);
//初始化个数
this.n = 0;
}
//清空链表
public void clear() {
this.head = null;
this.n = 0;
}
//获取链表的长度
public int length() {
return n;
}
//判断链表是否为空
public boolean isEmpty() {
return n == 0;
}
//获取指定位置i出的元素
public T get(int i) {
Node m = head.next;
//通过头结点，循环往后找到第i个元素
for (int j = 0; j < i; j++) {
m = m.next;
}
return m.item;
}
//向链表中添加元素t
public void insert(T t) {
//找到当前最后一个结点
Node m = head;
while (m.next != null) {
m = m.next;
}
//创建新节点，值为t
Node tNode = new Node(t, null);
//最后一个元素指向新节点
m.next = tNode;
//元素个数+1
n++;
}
//向指定位置i出，添加元素t
public void insert(int i, T t) {
//找出i之前的结点
Node pre = this.head;
for (int j = 0; j < i; j++) {
pre = pre.next;
}
//指向i结点
Node curr = pre.next;
//创建结点，值为t，指向curr
Node node = new Node(t, curr);
//i之前的结点pre，指向node
pre.next = node;
//元素数+1
n++;
}
//删除指定位置i处的元素，并返回被删除的元素
public T remove(int i) {
//找到i位置的前一个节点
Node pre = head;
for (int index = 0; index <= i - 1; i++) {
pre = pre.next;
}
//要找到i位置的结点
Node curr = pre.next;
//找到i位置的下一个结点
Node nNode = curr.next;
//前一个结点指向下一个结点
pre.next = nNode;
//元素个数-1
n--;
return curr.item;
}
//查找元素t在链表中第一次出现的位置
public int indexOf(T t) {
//从头结点开始，依次找到每一个结点，取出item，和t比较，如果相同，就找到了
Node n = head;
for (int i = 0; n.next != null; i++) {
n = n.next;
if (n.item.equals(t)) {
return i;
}
}
return -1;
}
@Override
public Iterator<T> iterator() {
return new Literator();
}
public class Literator implements Iterator{
private Node n;
public Literator(){
this.n=head;
}
@Override
public boolean hasNext() {
return n.next!=null;
}
@Override
public Object next() {
n = n.next;
return n.item;
}
}
}
1.2 单链表测试
public static void main(String[] args) {
//创建单向链表对象
LinkList<String> sl = new LinkList<>();
//测试插入
sl.insert("T1");
sl.insert("T2");
sl.insert("T3");
sl.insert(1, "T4");
for (String s : sl) {
System.out.println(s);
}
System.out.println("------------------------------------------");
//测试获取
String getResult = sl.get(1);
System.out.println("获取索引1处的结果为：" + getResult);
//测试删除
String removeResult = sl.remove(0);
System.out.println("删除的元素是：" + removeResult);
//测试清空
sl.clear();
System.out.println("清空后的线性表中的元素个数为:" + sl.length());
}
2.双向链表
双向链表也叫双向表，是链表的一种，它由多个结点组成，每个结点都由一个数据域和两个指针域组成，数据域用来存储数据，其中一个指针域用来指向其后继结点，另一个指针域用来指向前驱结点。
链表的头结点的数据域不存储数据，指向前驱结点的指针域值为null，指向后继结点的指针域指向第一个真正存储数据的结点。
2.1 双向链表实现
public class TowWayLinkList<T> implements Iterable<T> {
//首结点
private Node head;
//尾结点
private Node last;
//元素总个数
private int n;
private class Node {
//存储数据
public T item;
//指向上一个结点
public Node pre;
//指向下一个结点
public Node next;
public Node(T item, Node pre, Node next) {
this.item = item;
this.pre = pre;
this.next = next;
}
}
//初始化
public TowWayLinkList() {
//初始化首结点
this.head = new Node(null, null, null);
//初始化尾结点
this.last = null;
//初始化元素个数
this.n = 0;
}
//清空链表
public void clear() {
this.head.next = null;
this.head.pre = null;
this.head.item = null;
this.last = null;
this.n = 0;
}
//获取链表长度
public int length() {
return n;
}
//判断链表是否为空
public boolean isEmpty() {
return n == 0;
}
//获取第一个元素
public T getFirst() {
if (isEmpty()) {
return null;
}
return head.next.item;
}
//获取最后一个元素
public T getLast() {
if (isEmpty()) {
return null;
}
return last.item;
}
//插入元素t
public void insert(T t) {
//链表为空
if (isEmpty()) {
//创建新结点
Node nNode = new Node(t, head, null);
//让新结点成为尾结点
last = nNode;
//让头结点指向尾结点
head.next = last;
} else {
//链表不为空
Node oldLast = last;
//创建新结点
Node nNode = new Node(t, oldLast, null);
//让当前尾结点指向新结点
oldLast.next = nNode;
//让新结点成为尾结点
last = nNode;
}
//元素个数+1
n++;
}
//向指定位置i处插入元素t
public void insert(int i, T t) {
//找到i位置的前一个结点
Node pre = head;
for (int index = 0; index < i; index++) {
pre = pre.next;
}
//找到i位置的结点
Node curr = pre.next;
//创建新结点
Node nNode = new Node(t, pre, curr);
//让i位置的前一个结点的下一个结点指向新结点
pre.next = nNode;
//让i位置的前一个结点变为新结点
curr.pre = nNode;
//元素个数+1
n++;
}
//获取指定位置i处的元素
public T get(int i) {
Node n = head.next;
for (int index = 0; index < i; index++) {
n = n.next;
}
return n.item;
}
//找到元素t在链表中第一次出现的位置
public int indexOf(T t) {
Node n = head;
for (int i = 0; n.next != null; i++) {
n = n.next;
if (n.item.equals(t)) {
return i;
}
}
return -1;
}
//删除位置i处的元素，并返回该元素
public T remove(int i) {
//找到i位置的前一个结点
Node pre = head;
for (int index = 0; index<i; index++) {
pre = pre.next;
}
//找到i位置的结点
Node curr = pre.next;
//找到i位置的下一个结点
Node nNode = curr.next;
//i位置的前一个结点 的下一个结点 指向 i位置的下一个结点 的 前一个结点
pre.next = nNode;
//i位置的下一个结点 的前一个结点 指向 i位置的上一个结点 的 下一个结点
nNode.pre = pre;
//元素个数-1
n--;
return curr.item;
}
@Override
public Iterator<T> iterator() {
return new tIterator();
}
public class tIterator implements Iterator {
private Node node;
public tIterator() {
this.node = head;
}
@Override
public boolean hasNext() {
return node.next != null;
}
@Override
public Object next() {
node=node.next;
return node.item;
}
}
}
2.2 双向链表测试
public static void main(String[] args) {
//创建双向链表对象
TowWayLinkList<String> sl = new TowWayLinkList<>();
//测试插入
sl.insert("T1");
sl.insert("T2");
sl.insert("T3");
sl.insert(1, "T4");
for (String s : sl) {
System.out.println(s);
}
System.out.println("--------------------------------------");
System.out.println("第一个元素是：" + sl.getFirst());
System.out.println("最后一个元素是：" + sl.getLast());
System.out.println("------------------------------------------");
//测试获取
String getResult = sl.get(1);
System.out.println("获取索引1处的结果为：" + getResult);
//测试删除
String removeResult = sl.remove(0);
System.out.println("删除的元素是：" + removeResult);
//测试清空
sl.clear();
System.out.println("清空后的线性表中的元素个数为:" + sl.length());
}
3.循环链表
循环链表，链表整体要形成一个圆环状。在单向链表中，最后一个节点的指针为null，不指向任何结点，因为没有下一个元素了。
实现循环链表，只需要让单向链表的最后一个节点的指针指向头结点即可。
简单构建
public class CircularLinkedList {
public static class Node<T> {
T item;
Node<T> next;
public Node(T item, Node next) {
this.item = item;
this.next = next;
}
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
//构建结点
Node<Integer> first = new Node<Integer>(1, null);
Node<Integer> second = new Node<Integer>(2, null);
Node<Integer> third = new Node<Integer>(3, null);
Node<Integer> fourth = new Node<Integer>(4, null);
Node<Integer> fifth = new Node<Integer>(5, null);
Node<Integer> six = new Node<Integer>(6, null);
Node<Integer> seven = new Node<Integer>(7, null);
//构建单链表
first.next = second;
second.next = third;
third.next = fourth;
fourth.next = fifth;
fifth.next = six;
six.next = seven;
//构建循环链表,让最后一个结点指向第一个结点
seven.next = first;
}
}
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