鏈表是有序的列表，但是在內存中存儲圖下圖所示
- 鏈表是以 節點 的方式來存儲，是 鏈式存儲
- 每個節點包含 data 域、next 域，指向下一個節點
- 鏈表的各個節點 不一定是連續存儲，如上圖所示
- 鏈表還分：帶頭節點、不帶頭節點，根據實際需求來確定
上面進行了一個簡單的介紹，下面分幾部分來講解：
目錄
單鏈表
單鏈表（帶頭節點）邏輯結構 示意圖如下，當下一個節點為 空 的時候，該鏈表就結束了
注意：是邏輯結構，前面說過，在內存中節點不是一個接一個的。
單鏈表的應用實例
考慮這樣一個場景：使用帶 head 頭的 單向鏈表 實現水滸英雄排行榜管理
-
完成對英雄人物的 增刪改查 操作
-
第一種方法：在添加英雄時，直接添加到鏈表的尾部
-
第二種方法：在添加英雄時，根據排名將英雄插入到指定位置
如果有這個排名，則添加失敗，並給出提示
如上圖所示，添加流程。我們創建 HeroNode 節點，他的定義如下
class HeroNode {
int no;//排名
String name;
String nickName;//昵稱
HeroNode next;//指向下一個節點
}
next 指向下一個節點，為空則代表該鏈表結束。其他的字段則是上面所說的數據了。
單鏈表-無排序實現
/**
* 單向鏈表測試
*/
public class SingleLinkedListDemo {
public static void main(String[] args) {
HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", "及時雨");
HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "盧俊義", "玉麒麟");
HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吳用", "智多星");
HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "林沖", "豹子頭");
SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
singleLinkedList.add(hero1);
singleLinkedList.add(hero2);
singleLinkedList.add(hero3);
singleLinkedList.add(hero4);
singleLinkedList.list();
}
}
/**
* 單向鏈表
*/
class SingleLinkedList {
// 頭節點，不保存任何數據，只是用來作為一個起始點
private HeroNode head = new HeroNode(0, "", "");
/**
* 添加節點
*
* 思路 不考慮編號順序時：
* 1. 找到當前鏈表的最后節點
* 2. 將最后整個節點的 next 指向新的節點
*
*
* @param node
*/
public void add(HeroNode node) {
// 要遍歷到 next 為 null 的時候，才能進行添加
HeroNode temp = head;
while (true) {
// 找到鏈表的最后,就退出循環
if (temp.next == null) {
break;
}
//如果沒有找到最后, 將將temp后移
temp = temp.next;
}
//當退出while循環時，temp就指向了鏈表的最后
//將最后這個節點的next 指向 新的節點
temp.next = node;
}
/**
* 打印鏈表中的數據
*/
public void list() {
//判斷鏈表是否為空
if (head.next == null) {
System.out.println("鏈表為空");
return;
}
//因為頭節點，不能動，因此我們需要一個輔助變量來遍歷
HeroNode temp = head.next;
while (true) {
// 如果是鏈表的最后
if (temp == null) {
break;
}
//打印信息
System.out.println(temp);
//指針后移，一定要記得
temp = temp.next;
}
}
}
/**
* 鏈表中的一個節點：英雄節點
*/
class HeroNode {
public int no;
public String name;
public String nickName;
public HeroNode next;
public HeroNode(int no, String name, String nickName) {
this.no = no;
this.name = name;
this.nickName = nickName;
}
/**
* 為了顯示方便，重寫
*
* @return
*/
@Override
public String toString() {
return "HeroNode{" +
"no=" + no +
", name='" + name + '\'' +
", nickName='" + nickName + '\'' +
'}';
}
}
測試輸出
HeroNode{no=1, name='宋江', nickName='及時雨'}
HeroNode{no=2, name='盧俊義', nickName='玉麒麟'}
HeroNode{no=3, name='吳用', nickName='智多星'}
HeroNode{no=4, name='林沖', nickName='豹子頭'}
可以看到，已經實現了，如果將 no=4 提前加入
SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
singleLinkedList.add(hero1);
singleLinkedList.add(hero4); // 提升到這里加入
singleLinkedList.add(hero2);
singleLinkedList.add(hero3);
測試數據如下
HeroNode{no=1, name='宋江', nickName='及時雨'}
HeroNode{no=4, name='林沖', nickName='豹子頭'}
HeroNode{no=2, name='盧俊義', nickName='玉麒麟'}
HeroNode{no=3, name='吳用', nickName='智多星'}
編號就是無序的了。下面來實現有序的
單鏈表-有序實現（從小到大）
添加思路如下：
-
首先 找到 新添加節點的位置(新節點遍歷比較排名，來查找要插入的位置)，通過輔助變量 temp，然后循環遍歷查找
-
如果有這個排名，則添加失敗，並給出提示，沒有則進行下面的步驟
-
新的節點node.next=temp.next -
將
temp.next=新的節點node.next注：temp輔助節點為要插入點的前一個節點。
簡單一點就是：通過排序規則（當前是從小到大）遍歷找到要插入的位置，然后改變 next 的指向。
代碼實現，在原有的代碼基礎上新增了一個添加方法，如下
/**
*
* 添加節點，考慮排序
*思路：
* 1. 先找到該節點要添加的位置
* 2. 通過輔助變量temp改變前一個節點和新節點的 next 指向
*
*
* @param node
*/
public void addByOrder(HeroNode node) {
// 由於 head 變量不能動，動了就無法從頭遍歷了，使用輔助變量來完成我們的添加
//因為單鏈表，因為我們找的temp 是位於 添加位置的前一個節點，否則插入不了
HeroNode temp = head;
boolean exist = false; // 添加的節點是否已經在鏈表中存在，默認為false
while (true) {
if (temp.next == null) {
// 如果是鏈表尾，則跳出循環
break;
}
// 如果當前節點的 next 編號，大於目標節點（要插入的節點）編號，則找到
// 應該將目標節點添加到 temp 與 next 之間
if (temp.next.no > node.no) {
break;
}
// 如果他們相等，則表示鏈表中已經存在目標節點了
if (temp.next.no == node.no) {
exist = true;//添加的節點已經在鏈表中存在
break;
}
// 沒找到，則后移 temp ，繼續尋找
temp = temp.next;
}
if (exist) {
System.out.printf("准備插入的英雄編號 %d 已經存在，不能加入 \n", node.no);
return;
}
// 把節點插入到 temp 和 temp.next 之間
// temp -> node -> temp.next
node.next = temp.next;
temp.next = node;
}
測試用例如下
/**
* 考慮順序的添加
*/
public static void test2() {
HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", "及時雨");
HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "盧俊義", "玉麒麟");
HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吳用", "智多星");
HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "林沖", "豹子頭");
SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
singleLinkedList.addByOrder(hero1);
singleLinkedList.addByOrder(hero4); // 添加順序提前
singleLinkedList.addByOrder(hero2);
singleLinkedList.addByOrder(hero3);
singleLinkedList.list();
}
輸出信息
HeroNode{no=1, name='宋江', nickName='及時雨'}
HeroNode{no=2, name='盧俊義', nickName='玉麒麟'}
HeroNode{no=3, name='吳用', nickName='智多星'}
HeroNode{no=4, name='林沖', nickName='豹子頭'}
如果重復添加的話，會輸出如下類似的信息
准備插入的英雄編號 4 已經存在，不能加入
單鏈表的修改
在原來的代碼基礎上新增 update 方法
/**
*修改節點的信息, 根據no編號來修改，即no編號不能改.
*說明
*1. 根據 newNode 的 no 來修改即可
*
* @param newNode
*/
public void update(HeroNode newNode) {
if (head.next == null) {
System.out.println("鏈表為空");
return;
}
//找到需要修改的節點, 根據no編號
//定義一個輔助變量
HeroNode temp = head.next;
boolean exist = false; // 是否找到要修改的節點
while (true) {
// 如果是鏈表尾部
if (temp == null) {
break;
}
// 如果已找到
if (temp.no == newNode.no) {
exist = true;
break;
}
temp = temp.next;
}
// 如果已找到，則修改信息
if (exist) {
temp.name = newNode.name;
temp.nickName = newNode.nickName;
} else {//沒有找到
System.out.printf("未找到編號為 %d 的英雄", newNode.no);
}
}
測試用例
singleLinkedList.addByOrder(hero1);
singleLinkedList.addByOrder(hero4);
singleLinkedList.addByOrder(hero2);
singleLinkedList.addByOrder(hero3);
// 測試修改
System.out.println("修改前");
singleLinkedList.list();
HeroNode hero4New = new HeroNode(4, "林沖-修改測試", "豹子頭-修改測試");
singleLinkedList.update(hero4New);
System.out.println("修改后");
singleLinkedList.list();
測試輸出
修改前
HeroNode{no=1, name='宋江', nickName='及時雨'}
HeroNode{no=2, name='盧俊義', nickName='玉麒麟'}
HeroNode{no=3, name='吳用', nickName='智多星'}
HeroNode{no=4, name='林沖', nickName='豹子頭'}
修改后
HeroNode{no=1, name='宋江', nickName='及時雨'}
HeroNode{no=2, name='盧俊義', nickName='玉麒麟'}
HeroNode{no=3, name='吳用', nickName='智多星'}
HeroNode{no=4, name='林沖-修改測試', nickName='豹子頭-修改測試'}
單鏈表的刪除
如上圖所示，思路如下：
-
先找到需要刪除的這個節點的 前一個節點 temp
為什么要找到前一個？因為是單向鏈表，找目標節點就無法完成刪除了。
-
temp.next = temp.next.next -
被刪除的節點，如果沒有其他的引用的話，會被垃圾回收機制回收
/**
*
* 按編號刪除節點
* 1. 找到要刪除的前一個節點
* 2. 然后將這個前一個節點的 next 指向變更到要刪除節點的 next 節點
*
*
* @param no
*/
public void delete(int no) {
if (head.next == null) {
System.out.println("鏈表為空");
return;
}
HeroNode temp = head;
boolean exist = false; // 是否找到要刪除的節點
while (true) {
if (temp.next == null) {
break;
}
if (temp.next.no == no) {
exist = true;
break;
}
temp = temp.next;
}
if (!exist) {
System.out.printf("未找到匹配的編號 %d \n", no);
return;
}
// 刪除操作
temp.next = temp.next.next;
}
測試代碼
System.out.println("刪除前");
singleLinkedList.list();
singleLinkedList.delete(1);
singleLinkedList.delete(4);
System.out.println("刪除后");
singleLinkedList.list();
輸出信息
刪除前
HeroNode{no=1, name='宋江', nickName='及時雨'}
HeroNode{no=2, name='盧俊義', nickName='玉麒麟'}
HeroNode{no=3, name='吳用', nickName='智多星'}
HeroNode{no=4, name='林沖', nickName='豹子頭'}
刪除后
HeroNode{no=2, name='盧俊義', nickName='玉麒麟'}
HeroNode{no=3, name='吳用', nickName='智多星'}
tip：學會思想，將其靈活運用到所需項目中。
單鏈表面試題
為了加深理解，來看幾個面試題
求單鏈表中有效節點的個數
思路：直接循環統計就行
/**
* 獲取鏈表長度
* @return
*/
public int length() {
if (head.next == null) {
return 0;
}
HeroNode temp = head.next;
int num = 0;
while (temp != null) {
num++;
temp = temp.next;
}
return num;
}
測試用例
@Test
public void lengthTest() {
System.out.println(singleLinkedList.length());
singleLinkedList.delete(1);
System.out.println(singleLinkedList.length());
}
輸出
4
3
查找單鏈表中的倒數第 k 個結點
新浪面試題
/**
*
* 查找單鏈表中的倒數第k個結點 【新浪面試題】
* 思路
* 1. 編寫一個方法，接收head節點，同時接收一個index
* 2. index 表示是倒數第index個節點
* 3. 先把鏈表從頭到尾遍歷，得到鏈表的總的長度 getLength
* 4. 得到size 后，我們從鏈表的第一個開始遍歷 (size-index)個，就可以得到
* 5. 如果找到了，則返回該節點，否則返回nulll
*
* @param index 倒數第幾個節點
* @return
*/
public static HeroNode findLastIndexNode(HeroNode head, int index) {
//判斷如果鏈表為空，返回null
if(head.next == null) {
return null;//沒有找到
}
//第一個遍歷得到鏈表的長度(節點個數)
int size = getLength(head);
//第二次遍歷 size-index 位置，就是我們倒數的第K個節點
//先做一個index的校驗
if(index <=0 || index > size) {
return null;
}
//定義給輔助變量， for 循環定位到倒數的index
HeroNode cur = head.next; //3 // 3 - 1 = 2
for(int i =0; i< size - index; i++) {
cur = cur.next;
}
return cur;
}
測試用例
@Test
public void findLastIndexNodeTest() {
//進行測試
//先創建節點
HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", "及時雨");
HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "盧俊義", "玉麒麟");
HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吳用", "智多星");
HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "林沖", "豹子頭");
//創建要給鏈表
SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
//加入
singleLinkedList.add(hero1);
singleLinkedList.add(hero4);
singleLinkedList.add(hero2);
singleLinkedList.add(hero3);
System.out.println("查找測試");
HeroNode lastIndexNode = singleLinkedList.findLastIndexNode(singleLinkedList.getHead(),1);
System.out.println("查找倒數第 1 個 " + lastIndexNode);
lastIndexNode = singleLinkedList.findLastIndexNode(singleLinkedList.getHead(),4);
System.out.println("查找倒數第 4 個 " + lastIndexNode);
lastIndexNode = singleLinkedList.findLastIndexNode(singleLinkedList.getHead(),2);
System.out.println("查找倒數第 2 個 " + lastIndexNode);
lastIndexNode = singleLinkedList.findLastIndexNode(singleLinkedList.getHead(),5);
System.out.println("查找倒數第 5 個 " + lastIndexNode);
}
輸出信息
查找測試
查找倒數第 1 個 HeroNode{no=3, name='吳用', nickName='智多星'}
查找倒數第 4 個 HeroNode{no=1, name='宋江', nickName='及時雨'}
查找倒數第 2 個 HeroNode{no=2, name='盧俊義', nickName='玉麒麟'}
查找倒數第 5 個 null
單鏈表的反轉
騰訊面試題，這個有點難度。
思路：
- 定義一個新的 reverseHead 節點
- 從原鏈表中依次取出節點，並 始終添加到 reverseHead 的第一個節點
- 將原 head 節點的 next 指向 reverseHead.next
頭插法
如下圖所示：
//將單鏈表反轉
public static void reversetList(HeroNode head) {
//如果當前鏈表為空，或者只有一個節點，無需反轉，直接返回
if(head.next == null || head.next.next == null) {
return ;
}
//定義一個輔助的指針(變量)，幫助我們遍歷原來的鏈表
HeroNode cur = head.next;
HeroNode next = null;// 指向當前節點[cur]的下一個節點
HeroNode reverseHead = new HeroNode(0, "", "");
//遍歷原來的鏈表，每遍歷一個節點，就將其取出，並放在新的鏈表reverseHead 的最前端
//動腦筋，這里很重要，
while(cur != null) {
next = cur.next;//先暫時保存當前節點的下一個節點，因為后面需要使用
cur.next = reverseHead.next;//將cur的下一個節點指向新的鏈表的最前端
reverseHead.next = cur; //將cur 連接到新的鏈表上
cur = next;//讓cur后移
}
//將head.next 指向 reverseHead.next , 實現單鏈表的反轉
head.next = reverseHead.next;
}
測試用例
@Test
public void reverseTest() {
System.out.println("翻轉前");
singleLinkedList.list();
singleLinkedList.reversetList(singleLinkedList.getHead());
System.out.println("翻轉后");
singleLinkedList.list();
}
輸出信息
翻轉前
HeroNode{no=1, name='宋江', nickName='及時雨'}
HeroNode{no=4, name='林沖', nickName='豹子頭'}
HeroNode{no=2, name='盧俊義', nickName='玉麒麟'}
HeroNode{no=3, name='吳用', nickName='智多星'}
翻轉后
HeroNode{no=3, name='吳用', nickName='智多星'}
HeroNode{no=2, name='盧俊義', nickName='玉麒麟'}
HeroNode{no=4, name='林沖', nickName='豹子頭'}
HeroNode{no=1, name='宋江', nickName='及時雨'}
從尾到頭打印單鏈表
百度面試題，要求方式：
- 反向遍歷
思路：
-
反向遍歷 ：使用前面翻轉操作后，再打印
有一個問題：會破壞原鏈表的結構
-
Stack 棧：利用棧先進后出的特點
該數據結構看后面的博客講解，這里做個簡單的介紹
如上圖所示：
- 入棧操作：數據
往棧底 壓入 - 出棧操作：數據
從棧頂 彈出
將原鏈表遍歷，以此將每個節點壓入棧中，然后遍歷棧打印即可
- 入棧操作：數據
/**
*
* 逆序打印鏈表：使用棧先進后出的特點達到要求
*
*/
public static void reversePrint(HeroNode head) {
if(head.next == null) {
return;//空鏈表，不能打印
}
//創建要給一個棧，將各個節點壓入棧
Stack<HeroNode> stack = new Stack<HeroNode>();
HeroNode cur = head.next;
//將鏈表的所有節點壓入棧
while(cur != null) {
stack.push(cur);//壓棧
cur = cur.next; //cur后移，這樣就可以壓入下一個節點
}
//將棧中的節點進行打印,pop 出棧
while (stack.size() > 0) {
System.out.println(stack.pop()); // 出棧，stack的特點是先進后出
}
}
測試用例
@Test
public void reversePrintTest(){
System.out.println("鏈表數據");
singleLinkedList.list();
System.out.println("逆序打印");
singleLinkedList.reversePrint();
}
輸出信息
鏈表數據
HeroNode{no=1, name='宋江', nickName='及時雨'}
HeroNode{no=4, name='林沖', nickName='豹子頭'}
HeroNode{no=2, name='盧俊義', nickName='玉麒麟'}
HeroNode{no=3, name='吳用', nickName='智多星'}
逆序打印
HeroNode{no=3, name='吳用', nickName='智多星'}
HeroNode{no=2, name='盧俊義', nickName='玉麒麟'}
HeroNode{no=4, name='林沖', nickName='豹子頭'}
HeroNode{no=1, name='宋江', nickName='及時雨'}
雙向鏈表
單向鏈表的缺點
從前面的練習題，包括實現單向鏈表中會發現 單向鏈表 的以下問題：
-
查找方向 只能是單向
-
不能自我刪除
需要靠輔助節點，要找到刪除節點的上一個節點和刪除節點，才能完成刪除
而以上問題，雙向鏈表：
- 可以雙向查找
- 可以自我刪除
雙向鏈表分析
雙向鏈表的結構如上圖所示，每個節點都有 pre 和 next 變量，所以它可以往前查找或則往后查找。
那么下面先分析下雙向鏈表的：遍歷、添加、刪除 操作思路，之后再去實現：
-
遍歷：和單向鏈表類似，只是可以雙向遍歷了
-
修改：和單向鏈表一樣的方式
-
添加：默認添加到雙向鏈表的最后一個節點
- temp.next = newNode
- newNode.pre = temp
-
刪除
如上圖所示，雙向鏈表可以自我刪除：
- 遍歷找到要刪除的那個節點 temp
temp.next.pre = temp.pretemp.pre.next = temp.next
代碼實現
可以基於單向鏈表上的部分代碼進行修改。
/**
* 鏈表中的一個節點：英雄節點
*/
class HeroNode {
public int no;
public String name;
public String nickName;
public HeroNode next;// 指向下一個節點, 默認為null
public HeroNode pre;// 指向前一個節點, 默認為null
public HeroNode(int no, String name, String nickName) {
this.no = no;
this.name = name;
this.nickName = nickName;
}
/**
* 為了顯示方便，重寫
*
* @return
*/
@Override
public String toString() {
return "HeroNode{" +
"no=" + no +
", name='" + name + '\'' +
", nickName='" + nickName + '\'' +
'}';
}
}
/**
* 雙向鏈表的操作實現
*/
// 創建一個雙向鏈表的類
class DoubleLinkedList {
// 先初始化一個頭節點, 頭節點不要動, 不存放具體的數據
private HeroNode head = new HeroNode(0, "", "");
// 返回頭節點
public HeroNode getHead() {
return head;
}
// 遍歷雙向鏈表的方法
// 顯示鏈表[遍歷]
public void list() {
// 判斷鏈表是否為空
if (head.next == null) {
System.out.println("鏈表為空");
return;
}
// 因為頭節點，不能動，因此我們需要一個輔助變量來遍歷
HeroNode temp = head.next;
while (true) {
// 判斷是否到鏈表最后
if (temp == null) {
break;
}
// 輸出節點的信息
System.out.println(temp);
// 將temp后移
temp = temp.next;
}
}
// 添加一個節點到雙向鏈表的最后.
public void add(HeroNode heroNode) {
// 因為head節點不能動，因此我們需要一個輔助遍歷 temp
HeroNode2 temp = head;
// 遍歷鏈表，找到最后
while (true) {
// 找到鏈表的最后
if (temp.next == null) {
break;
}
// 如果沒有找到最后, 將將temp后移
temp = temp.next;
}
// 當退出while循環時，temp就指向了鏈表的最后
// 形成一個雙向鏈表
temp.next = heroNode;
heroNode.pre = temp;
}
// 修改一個節點的內容, 可以看到雙向鏈表的節點內容修改和單向鏈表一樣
public void update(HeroNode newHeroNode) {
// 判斷是否空
if (head.next == null) {
System.out.println("鏈表為空~");
return;
}
// 找到需要修改的節點, 根據no編號
// 定義一個輔助變量
HeroNode temp = head.next;
boolean flag = false; // 表示是否找到該節點
while (true) {
if (temp == null) {
break; // 已經遍歷完鏈表
}
if (temp.no == newHeroNode.no) {
// 找到
flag = true;
break;
}
temp = temp.next;
}
// 根據flag 判斷是否找到要修改的節點
if (flag) {
temp.name = newHeroNode.name;
temp.nickname = newHeroNode.nickname;
} else { // 沒有找到
System.out.printf("沒有找到 編號 %d 的節點，不能修改\n", newHeroNode.no);
}
}
// 從雙向鏈表中刪除一個節點,
// 說明
// 1 對於雙向鏈表，我們可以直接找到要刪除的這個節點
// 2 找到后，自我刪除即可
public void del(int no) {
// 判斷當前鏈表是否為空
if (head.next == null) {// 空鏈表
System.out.println("鏈表為空，無法刪除");
return;
}
HeroNode temp = head.next; // 輔助變量(指針)
boolean flag = false; // 標志是否找到待刪除節點的
while (true) {
if (temp == null) { // 已經到鏈表的最后
break;
}
if (temp.no == no) {
// 找到的待刪除節點的前一個節點temp
flag = true;
break;
}
temp = temp.next; // temp后移，遍歷
}
// 判斷flag
if (flag) { // 找到
// 可以刪除
// temp.next = temp.next.next;[單向鏈表]
temp.pre.next = temp.next;
// 這里我們的代碼有問題?
// 如果是最后一個節點，就不需要執行下面這句話，否則出現空指針
if (temp.next != null) {
temp.next.pre = temp.pre;
}
} else {
System.out.printf("要刪除的 %d 節點不存在\n", no);
}
}
}
測試用例：
/**
* 雙向鏈表測試
*/
public class DoubleLinkedListTest {
DoubleLinkedList doubleLinkedList;
@Before
public void before() {
HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", "及時雨");
HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "盧俊義", "玉麒麟");
HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吳用", "智多星");
HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "林沖", "豹子頭");
// 測試新增
doubleLinkedList = new DoubleLinkedList();
doubleLinkedList.add(hero1);
doubleLinkedList.add(hero4);
doubleLinkedList.add(hero2);
doubleLinkedList.add(hero3);
}
@Test
public void addTest() {
// before 中已測試
}
/**
* 更新測試
*/
@Test
public void updateTest() {
System.out.println("更新前");
doubleLinkedList.print();
HeroNode hero4New = new HeroNode(4, "林沖-修改測試", "豹子頭-修改測試");
doubleLinkedList.update(hero4New);
System.out.println("更新后");
doubleLinkedList.print();
}
/**
* 刪除測試
*/
@Test
public void deleteTest() {
System.out.println("刪除前");
doubleLinkedList.print();
doubleLinkedList.del(1);
doubleLinkedList.del(4);
doubleLinkedList.del(3);
System.out.println("刪除后");
doubleLinkedList.print();
}
}
測試輸出
更新前
HeroNode{no=1, name='宋江', nickName='及時雨'}
HeroNode{no=4, name='林沖', nickName='豹子頭'}
HeroNode{no=2, name='盧俊義', nickName='玉麒麟'}
HeroNode{no=3, name='吳用', nickName='智多星'}
更新后
HeroNode{no=1, name='宋江', nickName='及時雨'}
HeroNode{no=4, name='林沖-修改測試', nickName='豹子頭-修改測試'}
HeroNode{no=2, name='盧俊義', nickName='玉麒麟'}
HeroNode{no=3, name='吳用', nickName='智多星'}
刪除前
HeroNode{no=1, name='宋江', nickName='及時雨'}
HeroNode{no=4, name='林沖', nickName='豹子頭'}
HeroNode{no=2, name='盧俊義', nickName='玉麒麟'}
HeroNode{no=3, name='吳用', nickName='智多星'}
刪除后
HeroNode{no=2, name='盧俊義', nickName='玉麒麟'}
課程作業
實現：雙向鏈表的第二種添加方式，按照編號順序添加
實現和單向添加是一樣的
/**
*
* 按編號順序添加
* 思路：
* 1. 從頭遍歷節點，
* 2. 找到比目標大的節點：插入到該節點之前（升序）
* 2. 如果已經存在相同編號的節點，則提示不允許添加
*
*
*
* @param node
*/
public void addByOrder(HeroNode node) {
HeroNode temp = head;
boolean exist = false; // 添加的節點是否已經在鏈表中存在，默認false
while (true) {
// 已到列表尾部
if (temp.next == null) {
break;
}
// 已找到
if (temp.next.no > node.no) {
break;
}
// 已存在該編號
if (temp.next.no == node.no) {
exist = true;
break;
}
temp = temp.next;
}
if (exist) {
System.out.printf("准備插入的英雄編號 %d 已經存在，不能加入 \n", node.no);
return;
}
// 把節點插入到 temp 和 temp.next 之間
// temp <-> node <-> temp.next
node.next = temp.next;//插入的節點的next指向后一個節點
node.pre = temp;//插入的節點的pre指向前一個節點
temp.next.pre = node;//插入位置后一個節點的pre指向插入的節點
temp.next = node;//將插入位置的前一個節點的next指向插入的節點
}
測試用例
@Test
public void addByOrderTest() {
HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", "及時雨");
HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "盧俊義", "玉麒麟");
HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吳用", "智多星");
HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "林沖", "豹子頭");
// 測試新增
doubleLinkedList = new DoubleLinkedList();
doubleLinkedList.addByOrder(hero1);
doubleLinkedList.addByOrder(hero4);
doubleLinkedList.addByOrder(hero2);
doubleLinkedList.addByOrder(hero3);
doubleLinkedList.addByOrder(hero3);
doubleLinkedList.print();
}
測試輸出
准備插入的英雄編號 3 已經存在，不能加入
HeroNode{no=1, name='宋江', nickName='及時雨'}
HeroNode{no=2, name='盧俊義', nickName='玉麒麟'}
HeroNode{no=3, name='吳用', nickName='智多星'}
HeroNode{no=4, name='林沖', nickName='豹子頭'}
單向環形鏈表-Josephu 問題
應用場景-約瑟夫問題
約瑟夫（Josephu）問題，也就是丟手帕問題，他的規則如下
- 有編號為 1 ~ n 的 n 個人圍坐在一起
- 約定編號為 K( 1 <= k <=n) 的人從 1 開始報數
- 數到 m 的那個人出列，它的下一位又從 1 開始報數
循環以上過程，直到所有人都出列，並列出出列人的編號。
該問題其實可以使用 單循環鏈表（單向環形鏈表）來解決，思路如下：
- 先構成一個有 n 個節點的單循環鏈表
- 然后由 k 節點起從 1 開始計數
- 計數到 m 時，對應節點從鏈表中刪除，然后從下一個節點又從 1 開始計數
循環以上過程，直到最后一個節點從鏈表中刪除，算法結束
單向環形鏈表介紹
它的邏輯結構就如下圖，形成了一個環狀。
約瑟夫問題示意圖
需求如下：
n=5：有 5 個人k=1：從第一個人開始數m=2：數兩次
沒有動圖，那么使用下面的描述來講解：
-
第一輪：2 出隊列，1.next = 3
還剩下：1、3、4、5
-
第二輪：4 出隊列，3.next = 5；（從 3 開始報數，第 2 個的出隊列，也就是 4）
還剩下：1、3、5
-
第三輪：1 出隊列，5.next = 3
還剩下：3、5
-
第四輪：5 出隊列，3.next = 3
還剩下：3，自己的 next 就是自己
-
第五輪：3 出隊列，隊列中無元素，結束
那么最終的出隊列順序就是：2、4、1、5、3
約舍夫問題可以使用數組來解決，這里使用單向環形鏈表，比較好理解
創建環形鏈表的思路圖解
環形鏈表添加思路
-
第 1 個節點被添加進來時
使用一個 first 變量來表示這是第一個節點，和帶頭節點的鏈表一樣，
first節點（也就是頭節點）不能去改變他，使用curBody變量來輔助我們解決添加的過程，並讓next指向自己，形成一個環形 -
第 2 個節點被添加進來時，boy是新要添加進來的節點
將該節點加入到已有的環形變量，並把
curBoy指向這個新節點，下面的以此類推 -
第 3 個節點被添加進來時
遍歷環形鏈表
- 先讓一個輔助變量
curBoy，指向 first 節點Boy curBoy = first - 通過一個 while 循環遍歷鏈表，當
cur.next = first時，就遍歷完了
添加和鏈表打印代碼實現
// 創建一個Boy類，表示一個節點
class Boy {
private int no;// 編號
private Boy next; // 指向下一個節點,默認null
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;
}
}
/// 創建一個環形的單向鏈表
class CircleSingleLinkedList {
// 創建一個first節點,當前沒有編號
private Boy first = null;
// 添加小孩節點，構建成一個環形的鏈表
public void addBoy(int nums) {
// nums 做一個數據校驗
if (nums < 1) {
System.out.println("nums的值不正確");
return;
}
Boy curBoy = null; // 輔助指針，幫助構建環形鏈表
// 使用for來創建我們的環形鏈表
for (int i = 1; i <= nums; i++) {
// 根據編號，創建小孩節點
Boy boy = new Boy(i);
// 如果是第一個小孩
if (i == 1) {
first = boy;
first.setNext(first); // 構成環
curBoy = first; // 讓curBoy指向第一個小孩
} else {
curBoy.setNext(boy);//
boy.setNext(first);//
curBoy = boy;
}
}
}
// 遍歷當前的環形鏈表
public void showBoy() {
// 判斷鏈表是否為空
if (first == null) {
System.out.println("沒有任何小孩~~");
return;
}
// 因為first不能動，因此我們仍然使用一個輔助指針完成遍歷
Boy curBoy = first;
while (true) {
System.out.printf("小孩的編號 %d \n", curBoy.getNo());
if (curBoy.getNext() == first) {// 說明已經遍歷完畢
break;
}
curBoy = curBoy.getNext(); // curBoy后移
}
}
}
測試用例：
/**
* 約瑟夫問題測試
*/
public class JosepfuTest {
/**
* 添加測試
*/
@Test
public void addTest() {
// 測試一把看看構建環形鏈表，和遍歷是否ok
CircleSingleLinkedList circleSingleLinkedList = new CircleSingleLinkedList();
circleSingleLinkedList.addBoy(5);// 加入5個小孩節點
circleSingleLinkedList.showBoy();
}
}
測試輸出：為了驗證前面 5 個小孩的說明是否正確，這里也添加 5 個小孩
小孩的編號 1
小孩的編號 2
小孩的編號 3
小孩的編號 4
小孩的編號 5
出圈思路分析
還是以這個需求來分析：
用戶輸入如下：
n=5：有 5 個人k=1：從第一個人開始數m=2：數兩次
-
需要一個
輔助節點helper來幫助出圈，當出圈報數開始時，報數完的時候first所指到的節點出圈，而helper就是來幫助出圈的，如下圖所示
-
將 first 定位到 k ， helper緊隨其后 （k 從第幾個小孩開始報數）
將 first 和 helper 移動
k-1次 -
小孩報數時：移動 first 到出圈的節點上，hepler 始終在 first 后面
讓 first 和 helper 同時移動 m-1 次，是因為 開始數數的人 也要占用一個位置(自己本身也要數)：比如上圖，從 1 開始，first在編號 2 時，就數了 2 下了，它該出圈
-
小孩出圈（下圖是經過報數（2）后的圖，原圖first在 1 的位置）
先將
first = first.getNext()（first指向下一個節點），然后將helper.setNext(first)（將出圈小孩的后面一個小孩的next指向變化后的first），那么就如上圖所示了，出圈的 first 被孤立出圈了，別人沒有引用它了，就會被垃圾回收機制銷毀了。
注意：只有 小孩報數和出圈是重復 的，其他的只是這個游戲開始前的一些設置初始化。
出圈代碼實現
在原來的環形隊列上添加游戲開始方法（計算出圈順序）
/**
* 游戲開始，計算出圈順序
*
* @param startNo 從第幾個小孩開始數
* @param countNum 數幾下
* @param nums 參與該游戲的小孩有多少個
*/
public void countBoy(int startNo, int countNum, int nums) {
// 進行一個數據校驗
if (first == null || // 環形隊列沒有構建
countNum < 1 || // 每次至少數 1 下
startNo > nums // 開始小孩不能大於參與游戲的人數
) {
System.out.println("參數有誤，請重新輸入");
}
// 1. 初始化輔助變量helper到 first 的后面
//helper用來輔助出圈的
//先和first指向同一個節點，后通過循環遍歷將其指向最后一個節點
Boy helper = first;
// 當 helper.next = first 時，就說明已經定位了,helper指向最后小孩節點
while (helper.next != first) {
helper = helper.getNext();
}
// 2.first 和 helper 同時移動，將first定位在 startNo 位置，helper緊跟其后
// first 移動到 startNo 位置，同時helper也跟着
for (int i = 0; i < startNo - 1; i++) {
first = first.getNext();
helper = helper.getNext();
}
// 為了測試方便，這里添加一個日志輸出
System.out.printf("定位到位置： %d \n", startNo);
// 3. 開始報數 和 出圈
while (true) {
// 當隊列中只剩下一個人的時候，跳出循環，因為最后一個必然是他自己出隊列
if (helper == first) {
break;
}
// 報數：移動 m-1 （報數要數自己本身）
for (int i = 0; i < countNum - 1; i++) {
// 因為 helper 永遠在 first 后面，只要在 first 移動時，指向 first 原來所在的位置即可
first = first.getNext();
helper = helper.getNext();
}
// 出圈
System.out.printf("出圈小孩編號 %d \n", first.no);
//這時將first指向的小孩節點出圈
first = first.getNext();//將first指向出圈小孩的前面那個小孩
helper.setNext(first); //將出圈小孩的后面一個小孩的next指向變化后的first
}
System.out.printf("最后剩下小孩編號 %d \n", first.getNo());
}
測試用例
@Test
public void countBoy() {
CircleSingleLinkedList circleSingleLinkedList = new CircleSingleLinkedList();
circleSingleLinkedList.addBoy(5);// 加入5個小孩節點
System.out.println("構建環形隊列");
circleSingleLinkedList.showBoy();
// 開始玩游戲
// 正確的輸出順序為：2、4、1、5、3
circleSingleLinkedList.countBoy(1, 2, 5);
}
測試輸出
構建環形隊列
小孩編號 1
小孩編號 2
小孩編號 3
小孩編號 4
小孩編號 5
定位到位置： 1
小孩編號 1
小孩編號 2
小孩編號 3
小孩編號 4
小孩編號 5
出圈小孩編號 2
出圈小孩編號 4
出圈小孩編號 1
出圈小孩編號 5
最后剩下小孩編號 3
可以嘗試修改下從第 3 個小孩開始報數
定位到位置： 3
小孩編號 3
小孩編號 4
小孩編號 5
小孩編號 1
小孩編號 2
出圈小孩編號 4
出圈小孩編號 1
出圈小孩編號 3
出圈小孩編號 2
最后剩下小孩編號 5
小結
需要正視的一個點：現在在學習數據結構，比如數組可以模擬 隊列，數組可以模擬 環形隊列，隊列也是一個數據結構，主要是思路。