链表

一、单向链表（Linked List）

链表是有序的列表，但在内存中是储存如下

小结:

➢链表是以节点的方式来存储，是链式存储
➢每个节点包含data域，next域: 指向下一个节点.
➢如图:发现链表的各个节点不一定是连续存储的
➢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

1.单链表介绍

单链表（带头节点）逻辑结构示意图：

2.单链表的应用案例

●使用带head头的单向链表实现【水浒英雄排行榜管理】

➢完成对英雄人物的增删改查操作，注: 删除和修改
➢第一种方法在添加英雄时，直接添加到链表的尾部

➢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)

package com.xudong.DataStructures;

import java.util.Stack;

public class SingleLinkedListDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //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");

        //创建链表
        SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();

        //加入
//        singleLinkedList.add(hero1);
//        singleLinkedList.add(hero3);
//        singleLinkedList.add(hero4);
//        singleLinkedList.add(hero2);

        //加入，按照编号的顺序
        singleLinkedList.addByOrder(hero1);
        singleLinkedList.addByOrder(hero3);
        singleLinkedList.addByOrder(hero4);
        singleLinkedList.addByOrder(hero2);

        //显示
        System.out.println("原来的链表：");
        singleLinkedList.list();

        //单链表的反转
        System.out.println("反转单链表：");
        reverseList(singleLinkedList.getHead());
        singleLinkedList.list();

        //测试逆序打印单链表
        System.out.println("逆序打印单链表（没有改变链表的结构）：");
        reversePrint(singleLinkedList.getHead());

        //测试修改节点的代码
        HeroNode newHeroNode = new HeroNode(2,"小卢","小麒麟");
        singleLinkedList.update(newHeroNode);
        //显示
        System.out.println("在原来的链表修改后的英雄：");
        singleLinkedList.list();

        //删除第一个节点
        singleLinkedList.del(1);
        System.out.println("在原来的链表删除后的链表：");
        singleLinkedList.list();

        //统计单链表中有效节点的个数
        System.out.println("有效节点的个数：" + getLength(singleLinkedList.getHead()));

        //查看是否得到了倒数第k个节点
        HeroNode res = findLastIndexNode(singleLinkedList.getHead(),1);
        System.out.println("在原来的链表倒数第1个节点：res = " + res);
    }
    //一、获取到单链表的节点个数（根据需求是否统计头节点）
    public static int getLength(HeroNode head){
        if (head.next == null){
            return 0;
        }
        int length = 0;
        //定义一个辅助指针,这里没有统计头节点
        HeroNode cur = head.next;
        while (cur != null){
            length++;
            cur = cur.next;
        }
        return length;
    }

    //二、查找单链表中的倒数第k个结点[新浪面试题]
    //1.编写一个方法，接收head节点，同时接收index
    //2.index 表示是倒数第index个节点
    //3.先把链表从头到尾遍历，得到链表总长度getLength
    //4.得到size后，从链表的第一个开始遍历(size - index)个，就可得到
    public static HeroNode findLastIndexNode(HeroNode head,int index){
        //如果链表为空，返回null
        if (head.next == null){
            return null;
        }
        //第一个遍历得到链表的长度
        int size = getLength(head);
        //第二次遍历 size - index 位置，就是倒数第k个节点
        //先做index校验
        if (index <= 0 || index > size){
            return null;
        }
        //定义辅助指针,for循环定位到倒数的index
        HeroNode cur = head.next;
        for (int i = 0; i < size - index; i++) {
            cur = cur.next;
        }
        return cur;
    }

    //三、将单链表翻转
    public static void reverseList(HeroNode head){
        //如果当前链表为空，或者只有一个节点，无需翻转，直接返回
        if (head.next == null || head.next.next == null){
            return;
        }

        //定义一个辅助指针，帮助遍历原来的链表
        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
        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;
    }

    //四、从尾到头打印单链表，使用 【Stack栈】的先进后出的方式
    public static void reversePrint(HeroNode head){
        if (head.next == null){
            return;//空链表，不打印
        }
        //创建一个栈，将各个节点压入栈
        Stack<HeroNode> stack = new Stack<>();
        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());//先进后出
        }
    }

}
//定义SingleLinkedList管理英雄
class SingleLinkedList{
    //初始化一个头节点，头节点不动，不存放具体的数据
    private HeroNode head = new HeroNode(0,"","");

    //返回头节点
    public HeroNode getHead() {
        return head;
    }

    //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节点不动，因此需要一个辅助指针 temp
        HeroNode temp = head;

        //遍历链表，找到最后
        while(true){
           if (temp.next == null){
               break;
           }
           //如果没有找到最后，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;
    }

    //当考虑编号顺序时,根据排名将英雄插入到指定位置
    public void addByOrder(HeroNode heroNode){
        //因为head节点不动，因此需要一个辅助指针 temp
        //此时temp找的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;//标识添加的编号是否存在
        while (true){
            if (temp.next == null){//说明temp已经在链表的最后
                break;
            }
            if (temp.next.no > heroNode.no){//说明位置找到，就在temp后插入
                break;
            }else if (temp.next.no == heroNode.no){//说明希望添加的heroNode编号已经存在
                flag = true;
                break;
            }
            temp = temp.next;//后移，遍历当前链表
        }
        //判断flag的值
        if (flag){//不能添加，说明编号已经存在
            System.out.printf("准备插入的英雄编号 %d 已经存在了，不能加入！",heroNode.no);
        }else {
            //插入到链表中，temp后面
            heroNode.next = temp.next;
            temp.next = heroNode;
        }
    }

    //修改节点信息，根据no编号来修改
    //根据newHeroNode的no来修改
    public void update(HeroNode newHeroNode){
        //判断是否为空
        if (head.next == null){
            System.out.println("链表为空！");
            return;
        }
        //找的需要修改的节点，根据no编号
        //定义一个辅助指针
        HeroNode temp = head.next;
        boolean flag = false;//表示是否找到该节点
        while (true){
            if (temp == null){
                break;//链表已经遍历完
            }
            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接待你
        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
    //1.因为head节点不动，因此需要一个辅助指针 temp，找到待删除节点的前一个节点
    //2.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;//标识是否找到待删除节点的前一个节点
        while (true){
            if (temp.next == null){
                break;
            }
            if (temp.next.no == no){
                //找到的待删除节点的前一个节点的temp
                flag = true;
                break;
            }
            temp = temp.next;
        }
        //判断flag
        if (flag){
            temp.next = temp.next.next;
        }else {
            System.out.printf("要删除的 %d 的节点不存在！\n",no);
        }
    }


    //显示链表
    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head节点不动，因此需要一个辅助指针 temp
        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
            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;//昵称
    public HeroNode next;//指向下一个节点
    public HeroNode(int no, String name, String nickname) {
        this.no = no;
        this.name = name;
        this.nickname = nickname;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "HeroNode{" +
                "no=" + no +
                ", name='" + name + '\'' +
                ", nickname='" + nickname +
                '}';
    }
}

3.单链表面试题

求单链表中有效节点的个数

见上面代码

查找单链表中的倒数第k个结点[新浪面试题]

见上面代码

单链表的反转[腾讯面试题]

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]

二、双向链表

●使用带head头的双向链表实现【水浒英雄排行榜管理】

单向链表的缺点分析:

➢ 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。
➢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。

package com.xudong.DataStructures;

public class DoubleLinkedListDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //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.addByOrder(hero1);
        doubleLinkedList.addByOrder(hero3);
        doubleLinkedList.addByOrder(hero4);
        doubleLinkedList.addByOrder(hero2);
        //显示双向链表
        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：");
        doubleLinkedList.list();

        //删除
        doubleLinkedList.del(3);
        System.out.println("删除后的链表：");
        doubleLinkedList.list();

        //添加
        System.out.println();
        HeroNode2 newHeroNode2 = new HeroNode2(5, "鲁智深", "花和尚");
        doubleLinkedList.addByOrder(newHeroNode2);
        doubleLinkedList.list();
    }
}

//创建一个双向链表的类
class DoubleLinkedList{
    private HeroNode2 head = new HeroNode2(0,"","");

    public HeroNode2 getHead() {
        return head;
    }

    //遍历双向链表的方法
    //显示链表
    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head节点不动，因此需要一个辅助指针 temp
        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
            temp = temp.next;
        }
    }

    //不考虑编号顺序，添加一个节点到双向链表末尾。
    public void add(HeroNode2 heroNode){
        //因为head节点不动，因此需要一个辅助指针 temp
        HeroNode2 temp = head;

        //遍历链表，找到最后
        while(true){
            if (temp.next == null){
                break;
            }
            //如果没有找到最后，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;
    }

    //考虑编号顺序，添加一个节点到双向链表末尾。
    public void addByOrder(HeroNode2 heroNode){
        //因为head节点不动，因此需要一个辅助指针 temp
        //此时temp找的是位于添加位置的前一个节点，否则插入不了
        HeroNode2 temp = head;
        boolean flag = false;//标识添加的编号是否存在
        while (true){
            if (temp.next == null){//说明temp已经在链表的最后
                break;
            }
            if (temp.next.no > heroNode.no){//说明位置找到，就在temp后插入
                break;
            }else if (temp.next.no == heroNode.no){//说明希望添加的heroNode编号已经存在
                flag = true;
                break;
            }
            temp = temp.next;//后移，遍历当前链表
        }
        //判断flag的值
        if (flag){//不能添加，说明编号已经存在
            System.out.printf("准备插入的英雄编号 %d 已经存在了，不能加入！",heroNode.no);
        }else {
            //插入到链表中，temp后面
            if (temp.next != null){
                heroNode.next = temp.next;
                temp.next.pre = heroNode;
            }
            temp.next = heroNode;
            heroNode.pre = temp;
        }
    }

    //修改一个节点的内容,和单向链表一样
    public void update(HeroNode2 newHeroNode){
        //判断是否为空
        if (head.next == null){
            System.out.println("链表为空！");
            return;
        }
        //找的需要修改的节点，根据no编号
        //定义一个辅助指针
        HeroNode2 temp = head.next;
        boolean flag = false;//表示是否找到该节点
        while (true){
            if (temp == null){
                break;//链表已经遍历完
            }
            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接待你
        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：对于双向链表，可直接找到要删除的节点。
    public void del(int no){
        //判断当前链表是否为空
        if (head.next == null){
            System.out.println("链表为空，无法删除！");
            return;
        }

        HeroNode2 temp = head.next;//辅助指针
        boolean flag = false;//标识是否找到待删除节点的前一个节点
        while (true){
            if (temp == null){
                break;
            }
            if (temp.no == no){
                //找到的待删除节点的前一个节点的temp
                flag = true;
                break;
            }
            temp = temp.next;
        }
        //判断flag
        if (flag){
            temp.pre.next = temp.next;
            if (temp.next != null){
                temp.next.pre = temp.pre;
            }
        }else {
            System.out.printf("要删除的 %d 的节点不存在！\n",no);
        }
    }
}

class HeroNode2{
    public int no;
    public String name;
    public String nickname;//昵称
    public HeroNode2 next;//指向下一个节点，默认为null
    public HeroNode2 pre;//指向上一个节点，默认为null
    public HeroNode2(int no, String name, String nickname) {
        this.no = no;
        this.name = name;
        this.nickname = nickname;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "HeroNode2{" +
                "no=" + no +
                ", name='" + name + '\'' +
                ", nickname='" + nickname +
                '}';
    }
}

三、单向环形链表

●丢手绢

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。

package com.xudong.DataStructures;

public class JosepfuDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //构建环形单向列表
        CircleSingleLinkedList circleSingleLinkedList = new CircleSingleLinkedList();
        //添加小孩
        circleSingleLinkedList.addBoy(15);
        //打印小孩
        circleSingleLinkedList.showBoy();

        //让小孩出圈
        System.out.println("----------------");
        circleSingleLinkedList.countBoy(1,5,15);
    }
}

//创建一个环形单向链表
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，构建一个环形链表
    public void addBoy(int nums){
        //nums 做数据校验
        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);//自己与自己构成环
                curBoy = first;//让curBoy指向第一个小孩
            }else {
                curBoy.setNext(boy);//移动到下一个小孩
                boy.setNext(first);//让这个小孩指向第一个小孩
                curBoy = boy;//移动指针
            }
        }
    }

    //遍历当前环形列表
    public void showBoy(){
        //判断链表是否为空
        if (first == null){
            System.out.println("没有小孩！");
            return;
        }
        //因为first不能动，因此我们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){//说明遍历完毕
                break;
            }
            curBoy = curBoy.getNext();//curBoy后移
        }
    }

    //根据用户的输入，计算小孩出圈的顺序

    /**
     * @param startNo 表示从第几个小孩开始报数
     * @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){
        //现对数据进行校验
        if (first == null || startNo < 1 || startNo > nums){
            System.out.println("参数输入有误！");
        }
        //创建辅助指针，帮助完成小孩出圈
        Boy helper = first;
        //helper 事先应该指向环形链表的最后节点
        while (true){
            if (helper.getNext() == first){
                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
        while (true){
            if (helper == first){//此时圈中只有一个小孩节点
                break;
            }
            //让first和helper指针同时移动 countNum - 1 次
            for (int j = 0; j < countNum - 1; j++) {
                first = first.getNext();
                helper = helper.getNext();
            }
            //此时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());
            //这时让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是：%d\n",helper.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

    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;
    }
}