算法数据与结构——链表

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一、链表Linked List

算法数据与结构——链表插图

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数组和链表的对比

算法数据与结构——链表插图2

二、我们创建一个自己的链表

public class LinkedList<E> {
    private class Node {
        public E e;
        public Node next;

        public Node(E e, Node next) {
            this.e = e;
            this.next = next;
        }

        public Node(E e) {
            this(e, null);
        }

        public Node() {
            this(null, null);
        }

        @Override
        public String toString() {
            return e.toString();
        }
    }
}

三、更新、优化我们的链表代码

为了让文章简洁一些，链表的代码我将会在最后面才全部放出，这里仅展示关键新增代码

    private Node head;
    int size;
    public LinkedList(){
        head = null;
        size = 0;
    }
    //获取链表中的元素个数
    public int getSize(){
        return size;
    }
    //返回链表是否为空
    public boolean isEmpty(){
        return size==0;
    }
    //在链表头添加新的元素e
    public void addFirst(E e){
//        Node node = new Node(e);
//        node.next = head;
//        head = node;
        head= new Node(e,head);
        size++;
    }
    //在链表的index（0-based）位置添加新的元素e
    //在链表中不是一个常用的操作，练习用
    public void add(int index,E e){
        if (index<0||index>size){
            System.out.println("非法传值!");
        }
        if (index==0)
            addFirst(e);
        else {
            Node prev = head;
            for (int i=0;i<index-1;i++)
                prev = prev.next;
//            Node node = new Node(e);
//            node.next = prev.next;
//            prev.next = node;

            prev.next = new Node(e,prev.next);
            size++;

        }
    }

    //在链表末尾添加新的元素e
    public void addLast(E e){
        add(size,e);
    }

四、为链表设立虚拟头结点

    private Node dummyHead;
    int size;

    public LinkedList() {
        dummyHead = new Node(null, null);
        size = 0;
    }
    //在链表头添加新的元素e
    public void addFirst(E e) {
//        Node node = new Node(e);
//        node.next = head;
//        head = node;
        add(0,e);
    }

    //在链表的index（0-based）位置添加新的元素e
    //在链表中不是一个常用的操作，练习用
    public void add(int index, E e) {
        if (index < 0 || index > size) {
            System.out.println("非法传值!");
        }

        Node prev = dummyHead;
        for (int i = 0; i < index ; i++)
            prev = prev.next;
//            Node node = new Node(e);
//            node.next = prev.next;
//            prev.next = node;

        prev.next = new Node(e, prev.next);
        size++;


    }

五、链表的遍历、查询、修改

    //  获得链表的第index（0-based）个位置的元素
    //  在链表中不是一个常用的操作，联系用：
    public E get(int index){
        if (index < 0 || index > size) {
            System.out.println("非法传值!");
        }
        Node cur = dummyHead.next;
        for (int i=0;i<index;i++){
            cur = cur.next;
        }
        return cur.e;
    }
    //  获得链表的第一个元素
    public E getFirst(){
        return get(0);
    }

    public E getLast(){
        return get(size-1);
    }

    //  修改链表的第index（0-based）个位置的元素 为e
    //  在链表中不是一个常用的操作，练习用：

    public void set(int index,E e){
        if (index < 0 || index > size) {
            System.out.println("非法传值!");
        }
        Node cur = dummyHead.next;
        for (int i= 0;i<index;i++){
            cur = cur.next;
        }
        cur.e = e;
    }
    //查找链表中是否有元素
    public boolean contains(E e){
        Node cur = dummyHead.next;
        while (cur!=null){
            if (cur.e.equals(e))
                return true;
            cur = cur.next;
        }
        return false;
    }
    @Override
    public String toString(){
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        Node cur = dummyHead.next;
        while (cur!=null){
            res.append(cur+"->");
            cur = cur.next;
        }
        res.append("NULL");
        return res.toString();
    }

让我们来测试一下

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedList<Integer> linkedList = new LinkedList<>();
        for (int i=0;i<5;i++){
            linkedList.addFirst(i);
            System.out.println(linkedList);
        }

        linkedList.add(2,666);
        System.out.println(linkedList);
    }
}
控制台输出

六、链表的删除

    // 从链表中删除index（0-based）位置的元素，返回删除的元素
    // 在链表中不是一个常用的操作，练习用；
    public E remove(int index) {
        if (index < 0 || index > size) {
            System.out.println("非法传值!");
        }
        Node prev = dummyHead;
        for (int i = 0; i < index; i++)
            prev = prev.next;
        Node retNode = prev.next;
        prev.next = retNode.next;
        retNode.next = null;
        size--;
        return retNode.e;

    }

    //丛链表中删除第一个元素，返回删除的元素
    public E removeFirst() {
        return remove(0);
    }


    //从链表中删除最后一个元素，返回删除的元素
    public E removeLast() {
        return remove(size - 1);
    }

测试一下

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedList<Integer> linkedList = new LinkedList<>();
        for (int i=0;i<5;i++){
            linkedList.addFirst(i);
            System.out.println(linkedList);
        }

        linkedList.add(2,666);
        System.out.println(linkedList);

        linkedList.remove(2);
        System.out.println(linkedList);

        linkedList.removeFirst();
        System.out.println(linkedList);
        linkedList.removeLast();
        System.out.println(linkedList);
    }
}
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温馨提示

我们可以知道，链表的删除，其实就是找到需要删除的前一个位置的节点，然后指向它下第二个的节点，这样就删除了！就是那么简单！

七、链表的时间复杂度

算法数据与结构——链表插图4

温馨提示

只对链表头进行操作是O(1)级别，查也是查链表头的话也是O(1)级别！

八、使用链表实现栈

package Linkedlist;

import stack.ArrayStack;

public class LinkedListStack<E> implements Stack<E> {
    private LinkedList<E> list;
    public LinkedListStack(){
        list= new LinkedList<>();
    }
    @Override
    public int getSize(){
        return list.getSize();
    }
    @Override
    public boolean isEmpty(){
        return list.isEmpty();
    }
    @Override
    public void push(E e){
        list.addFirst(e);
    }
    @Override
    public E pop(){
        return list.removeFirst();
    }
    @Override
    public E peek(){
        return list.getFirst();
    }

    @Override
    public String toString(){
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        res.append("Stack: top ");
        res.append(list);
        return res.toString();
    }
    public static void main(String[] args) {
        LinkedListStack<Integer> stack = new LinkedListStack<>();
        for (int i = 0;i<5;i++){
            stack.push(i);
            System.out.println(stack);
        }
        stack.pop();
        System.out.println(stack);
    }
}

package stack;

public interface Stack<E> {
    int getSize();
    boolean isEmpty();
    void push(E e);
    E pop();
    E peek();
}
控制台输出

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