单链表介绍及代码实现(Java)

    科技2022-07-14  108

    目录

     

    1 链表介绍

    2 单链表的分析思路及代码实现

    2.1 单向链表的创建与添加

    2.1.1 单向链表的创建

    2.1.2 单向链表尾部添加元素

    2.1.3 单向链表有序添加元素

    2.2 单向链表中元素的删除

    2.3 单向链表中元素的修改

    2.4 显示单向链表(单向链表中元素的遍历)

    2.5 单向链表的逆序遍历(LeetCode剑指Offer06)

    3 单链表常见的面试题

    3.1 获取到单链表的节点的个数

    3.2 单链表的反转【腾讯面试题,有点难度】

    3.3 从尾到头打印单链表 【百度面试题,要求方式1:反向遍历 。 方式2:Stack栈】

    3.4 合并两个有序的单链表,合并之后的链表依然有序


    1 链表介绍

    链表是有序的列表,但是它在内存中的实际存储方式如下:

    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。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。

    单链表(带头结点) 逻辑结构示意图如下

    2 单链表的分析思路及代码实现

    2.1 单向链表的创建与添加

    2.1.1 单向链表的创建

    以下代码使用带head头的单向链表实现 –水浒英雄排行榜管理,通过完成对英雄人物的增删改查操作,展示单链表的分析思路和代码实现。

    //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; public HeroNode next; //指向下一个节点 //构造器 public HeroNode(int no, String name, String nickname) { this.no = no; this.name = name; this.nickname = nickname; } //为了显示方法,我们重新toString @Override public String toString() { return "HeroNode [no=" + no + ", name=" + name + ", nickname=" + nickname + "]"; } }

    2.1.2 单向链表尾部添加元素

    添加(创建)思路:

    先创建一个head 头节点, 作用就是表示单链表的头后面我们每添加一个节点,就直接加入到链表的最后

    创建头节点:

    //先初始化一个头节点, 头节点不要动, 不存放具体的数据 private HeroNode head = new HeroNode(0, "", "");

    添加操作代码实现:

    //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节点不能动,因此我们需要一个辅助遍历 temp HeroNode temp = head; //遍历链表,找到最后 while(true) { //找到链表的最后 //用temp.next == null 判断链表是否到最后是因为下面要用到temp.next = heroNode判断是否找到待插入的位置 if(temp.next == null) {// break; } //如果没有找到最后, 将将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; }

    2.1.3 单向链表有序添加元素

    (如果有这个排名,则添加失败,并给出提示)

    添加思路:(需要按照编号的顺序添加)

    首先找到新添加的节点的位置, 是通过辅助变量(指针), 通过遍历来搞定新的节点.next = temp.next将temp.next = 新的节点

    添加操作代码实现:

    public void addByOrder(HeroNode heroNode) { //因为头节点不能动,因此我们仍然通过一个辅助指针(变量)来帮助找到添加的位置 //因为单链表,因此我们找的temp 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; // flag标志添加的编号是否存在,默认为false while(true) { //用temp.next == null 判断链表是否到最后是因为下面要用到temp.next.no判断是否找到待插入的位置 if(temp.next == null) {//说明temp已经在链表的最后 break; // } if(temp.next.no > heroNode.no) { //位置找到,就在temp的后面插入 break; } else if (temp.next.no == heroNode.no) {//说明希望添加的heroNode的编号已然存在 flag = true; //说明编号存在 break; } temp = temp.next; //后移,遍历当前链表 } //判断flag 的值 if(flag) { //不能添加,说明编号存在 System.out.printf("准备插入的英雄的编号 %d 已经存在了, 不能加入\n", heroNode.no); } else { //插入到链表中, temp的后面 heroNode.next = temp.next; temp.next = heroNode; } }

    2.2 单向链表中元素的删除

    删除思路:

    我们先找到 需要删除的这个节点的前一个节点 temptemp.next = temp.next.next被删除的节点,将不会有其它引用指向,会被垃圾回收机制回收

    删除操作代码实现:

    //删除节点 //思路 //1. head 不能动,因此我们需要一个temp辅助节点找到待删除节点的前一个节点 //2. 说明我们在比较时,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; // 标志是否找到待删除节点的 while(true) { //用temp.next == null判断链表是否到最后是因为下面要用到temp.next.no判断是否找到待删除节点 if(temp.next == null) { //已经到链表的最后 break; } if(temp.next.no == no) { //找到的待删除节点的前一个节点temp flag = true; break; } temp = temp.next; //temp后移,遍历 } //判断flag if(flag) { //找到 //可以删除 temp.next = temp.next.next; }else { System.out.printf("要删除的 %d 节点不存在\n", no); } }

    2.3 单向链表中元素的修改

    代码实现:

    //修改节点的信息, 根据no编号来修改,即no编号不能改. //说明 //1. 根据 newHeroNode 的 no 来修改即可 public void update(HeroNode newHeroNode) { //判断是否空 if(head.next == null) { System.out.println("链表为空~"); return; } //找到需要修改的节点, 根据no编号 //定义一个辅助变量 HeroNode temp = head.next; boolean flag = false; //表示是否找到该节点 while(true) { //用temp == null判断链表是否到最后是因为下面要用到temp.no判断是否找到待修改位置 if (temp == null) { break; //已经遍历完链表 } 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节点 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); } }

    2.4 显示单向链表(单向链表中元素的遍历)

    通过一个辅助变量遍历,帮助遍历整个链表

    代码实现:

    //显示链表[遍历] public void list() { //判断链表是否为空 if(head.next == null) { System.out.println("链表为空"); return; } //因为头节点,不能动,因此我们需要一个辅助变量来遍历 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, 一定小心 temp = temp.next; } } }

    2.5 单向链表的逆序遍历(LeetCode剑指Offer06)

    /** * Definition for singly-linked list. * public class ListNode { * int val; * ListNode next; * ListNode(int x) { val = x; } * } */ class Solution { public int[] reversePrint(ListNode head) { LinkedList<Integer> stack = new LinkedList<Integer>(); while(head != null) { stack.addLast(head.val); head = head.next; } int[] res = new int[stack.size()]; for(int i = 0; i < res.length; i++) res[i] = stack.removeLast(); return res; } }

    3 单链表常见的面试题

    3.1 获取到单链表的节点的个数

    注:(如果是带头结点的链表,需求不统计头节点)

    /** * @param head 链表的头节点 * @return 返回的就是有效节点的个数 */ public static int getLength(HeroNode head) { if(head.next == null) { //空链表 return 0; } int length = 0; //定义一个辅助的变量, 这里我们没有统计头节点 HeroNode cur = head.next; while(cur != null) { length++; cur = cur.next; //遍历 } return length; }

    方法一:

    做题思路

    class Solution { public ListNode getKthFromEnd(ListNode head, int k) { ListNode former = head, latter = head; for(int i = 0; i < k; i++) former = former.next; while(former != null) { former = former.next; latter = latter.next; } return latter; } }

    方法二:

    做题思路

    编写一个方法,接收head节点,同时接收一个index。index 表示是倒数第index个节点。 先把链表从头到尾遍历,得到链表的总的长度 size = getLength。得到size 后,我们从链表的第一个开始遍历 (size-index)次,就可以得到。如果找到了,则返回该节点,否则返回null。 public static HeroNode findLastIndexNode(HeroNode head, int index) { //判断如果链表为空,返回null if(head.next == null) { return null;//没有找到 } //第一个遍历得到链表的长度(节点个数) int size = getLength(head); //第二次遍历 size-index 位置,就是我们倒数的第K个节点 //先做一个index的校验 if(index <=0 || index > size) { return null; } //定义给辅助变量, for 循环定位到倒数的index HeroNode cur = head.next; //3 // 3 - 1 = 2 for(int i =0; i< size - index; i++) { cur = cur.next; } return cur; }

    3.2 单链表的反转【腾讯面试题,有点难度】

    方法1:

    做题思路:

     先定义一个节点 reverseHead = new HeroNode(); 从头到尾遍历原来的链表,每遍历一个节点,就将其取出,并放在新的链表reverseHead 的最前端.原来的链表的head.next = reverseHead.next

    示意图如下:

    代码实现:

    public static void reversetList(HeroNode head) { //如果当前链表为空,或者只有一个节点,无需反转,直接返回 if(head.next == null || head.next.next == null) { return //结束方法; } //定义一个辅助的指针(变量),帮助我们遍历原来的链表 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 //动脑筋 while(cur != null) { next = cur.next;//先暂时保存当前节点的下一个节点,因为后面需要使用 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; }

    方法2:迭代(双指针)

    链接:https://leetcode-cn.com/problems/fan-zhuan-lian-biao-lcof/solution/jian-zhi-offer-24-fan-zhuan-lian-biao-die-dai-di-2/ 来源:力扣(LeetCode)

    class Solution { public ListNode reverseList(ListNode head) { ListNode cur = head, pre = null; while(cur != null) { ListNode tmp = cur.next; // 暂存后继节点 cur.next cur.next = pre; // 修改 next 引用指向 pre = cur; // pre 暂存 cur cur = tmp; // cur 访问下一节点 } return pre; } } class Solution { public ListNode reverseList(ListNode head) { ListNode cur = head, pre = null; while(cur != null) { ListNode tmp = cur.next; // 暂存后继节点 cur.next cur.next = pre; // 修改 next 引用指向 pre = cur; // pre 暂存 cur cur = tmp; // cur 访问下一节点 } return pre; } }

    方法3:递归

    链接:https://leetcode-cn.com/problems/fan-zhuan-lian-biao-lcof/solution/jian-zhi-offer-24-fan-zhuan-lian-biao-die-dai-di-2/ 来源:力扣(LeetCode)

    class Solution { public ListNode reverseList(ListNode head) { return recur(head, null); // 调用递归并返回 } private ListNode recur(ListNode cur, ListNode pre) { if (cur == null) return pre; // 终止条件 ListNode res = recur(cur.next, cur); // 递归后继节点 cur.next = pre; // 修改节点引用指向 return res; // 返回反转链表的头节点 } }

    3.3 从尾到头打印单链表 【百度面试题,要求方式1:反向遍历 。 方式2:Stack栈】

    思路:

    上面的题的要求就是逆序打印单链表.

    方式1: 先将单链表进行反转操作,然后再遍历即可,这样的做的问题是会破坏原来的单链表的结构,不建议

    方式2:可以利用栈这个数据结构,将各个节点压入到栈中,然后利用栈的先进后出的特点,就实现了逆序打印的效果.完整版代码实现:

    public static void reversePrint(HeroNode head) { if(head.next == null) { return;//空链表,不能打印 } //创建要给一个栈,将各个节点压入栈 Stack<HeroNode> stack = new Stack<HeroNode>(); 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()); //stack的特点是先进后出 } }

    3.4 合并两个有序的单链表,合并之后的链表依然有序

    代码实现(链表带头节点):

    public static HeroNode merge(HeroNode head1, HeroNode head2) { HeroNode newList = new HeroNode(0, "", ""); HeroNode cur1 = head1.next; // 表一指针 HeroNode cur2 = head2.next; // 表二指针 HeroNode listHead = newList; // 保存新建链表的头节点,防止头节点丢失 //比较cur1与cur2编号的大小,将编号小者添加到新链表中 while (cur1 != null && cur2 != null) { if (cur1.no < cur2.no) { newList.next = cur1; cur1 = cur1.next; } else { newList.next = cur2; cur2 = cur2.next; } newList = newList.next; } //当一个链表为空后,将剩余链表的值合并到新链表中 if (cur1 != null) { newList.next = cur1; cur1 = cur1.next; newList = newList.next; } if (cur2 != null) { newList.next = cur2; cur2 = cur2.next; newList = newList.next; } return listHead; }

    完整代码实现(链表带头节点):

    public class SingleLinkedListDemo { public static void main(String[] args) { // 进行测试 // 先创建节点 HeroNode heroNode1 = new HeroNode(1, "宋江", "及时雨"); HeroNode heroNode2 = new HeroNode(3, "卢俊义", "玉麒麟"); HeroNode heroNode3 = new HeroNode(5, "吴用", "智多星"); HeroNode heroNode4 = new HeroNode(7, "林冲", "豹子头"); // 创建要给链表 SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList(); // 加入 System.out.println("初始链表情况~~~~~~~~~"); singleLinkedList.add(heroNode1); singleLinkedList.add(heroNode2); singleLinkedList.add(heroNode3); singleLinkedList.add(heroNode4); singleLinkedList.showList(); SingleLinkedList singleLinkedList1 = new SingleLinkedList(); HeroNode heroNode5 = new HeroNode(2, "公孙胜", "入云龙"); HeroNode heroNode6 = new HeroNode(4, "关胜", "大刀"); HeroNode heroNode7 = new HeroNode(6, "秦明", "霹雳火"); HeroNode heroNode8 = new HeroNode(8, "花荣", "小李广"); singleLinkedList1.add(heroNode5); singleLinkedList1.add(heroNode6); singleLinkedList1.add(heroNode7); singleLinkedList1.add(heroNode8); singleLinkedList1.showList(); System.out.println("**************"); HeroNode head1 = singleLinkedList.getHead(); HeroNode head2 = singleLinkedList1.getHead(); HeroNode head = merge(head1, head2); HeroNode cur3 = head.next; // System.out.println(merge(head1, head2)); SingleLinkedList singleLinkedList2 = new SingleLinkedList(); if (cur3 != null) { singleLinkedList2.add(cur3); cur3 = cur3.next; } singleLinkedList2.showList(); } // 合并两个有序的单链表,合并之后的链表依然有 // 本题默认升序 public static HeroNode merge(HeroNode head1, HeroNode head2) { HeroNode newList = new HeroNode(0, "", ""); HeroNode cur1 = head1.next; // 表一指针 HeroNode cur2 = head2.next; // 表二指针 HeroNode listHead = newList; // 保存新建链表的头节点,防止头节点丢失 //比较cur1与cur2编号的大小,将编号小者添加到新链表中 while (cur1 != null && cur2 != null) { if (cur1.no < cur2.no) { newList.next = cur1; cur1 = cur1.next; } else { newList.next = cur2; cur2 = cur2.next; } newList = newList.next; } //当一个链表为空后,将剩余链表的值合并到新链表中 if (cur1 != null) { newList.next = cur1; cur1 = cur1.next; newList = newList.next; } if (cur2 != null) { newList.next = cur2; cur2 = cur2.next; newList = newList.next; } return listHead; } } class SingleLinkedList { // 先初始化一个头节点, 头节点不要动, 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) { HeroNode temp = getHead(); while (true) { if (temp.next == null) { break; } temp = temp.next; } temp.next = heroNode; } //显示链表[遍历] public void showList() { if (head.next == null) { System.out.println("链表为空~~~"); return; } HeroNode temp = head.next; while (true) { if (temp == null) { break; } System.out.println(temp); 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; public HeroNode next; 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 + "]"; } }

    代码实现(链表不带头节点)(LeetCode解法):

    方法一:暴力解法

    class Solution { public ListNode mergeTwoLists(ListNode l1, ListNode l2) { ListNode prehead = new ListNode(-1); ListNode prev = prehead; //因为leetcode给的ListNode无头节点,故不用l1.next比较,而直接用l1 while (l1 != null && l2 != null) { if (l1.val <= l2.val) { prev.next = l1; l1 = l1.next; } else { prev.next = l2; l2 = l2.next; } prev = prev.next; } // 合并后 l1 和 l2 最多只有一个还未被合并完,我们直接将链表末尾指向未合并完的链表即可 prev.next = l1 == null ? l2 : l1; return prehead.next; } } 作者:LeetCode-Solution 链接:https://leetcode-cn.com/problems/merge-two-sorted-lists/solution/he-bing-liang-ge-you-xu-lian-biao-by-leetcode-solu/ 来源:力扣(LeetCode) 著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权,非商业转载请注明出处。

    方法二:递归

    class Solution { public ListNode mergeTwoLists(ListNode l1, ListNode l2) { if (l1 == null) { return l2; } else if (l2 == null) { return l1; } else if (l1.val < l2.val) { l1.next = mergeTwoLists(l1.next, l2); return l1; } else { l2.next = mergeTwoLists(l1, l2.next); return l2; } } } 作者:LeetCode-Solution 链接:https://leetcode-cn.com/problems/merge-two-sorted-lists/solution/he-bing-liang-ge-you-xu-lian-biao-by-leetcode-solu/ 来源:力扣(LeetCode) 著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权,非商业转载请注明出处。
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