Java?數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法系列精講之單向鏈表

更新時(shí)間：2022年02月18日 10:59:12 作者：我是小白呀

單向鏈表特點(diǎn)是鏈表的鏈接方向是單向的，訪問要通過順序讀取從頭部開始。鏈表是使用指針構(gòu)造的列表，是由一個(gè)個(gè)結(jié)點(diǎn)組裝起來的，又稱為結(jié)點(diǎn)列表。其中每個(gè)結(jié)點(diǎn)都有指針成員變量指向列表中的下一個(gè)結(jié)點(diǎn)，head指針指向第一個(gè)結(jié)點(diǎn)稱為表頭，而終止于最后一個(gè)指向nuLL的指針

概述

從今天開始, 小白我將帶大家開啟 Jave 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) & 算法的新篇章.

鏈表

鏈表 (Linked List) 是一種遞歸的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu). 鏈表以線性表的形式, 在每一個(gè)節(jié)點(diǎn)存放下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的指針. 鏈表解決了數(shù)組需要先知道數(shù)據(jù)大小的缺點(diǎn), 增加了節(jié)點(diǎn)的指針域, 空間開銷較大.

鏈表包括三類:

單向鏈表
雙向鏈表
循環(huán)鏈表

單向鏈表

單向鏈表 (Single Linked List) 是鏈表中最簡單的一種形式. 單向鏈表每個(gè)節(jié)點(diǎn)包含兩個(gè)部分, 第一部分是信息, 第二部分是下一個(gè)節(jié)點(diǎn). (元素 + 指針)

單向鏈表實(shí)現(xiàn)

Node 類

// Node類
private class Node {


    public E e;  // 元素
    private SingleLinkedList.Node next;  // 下一個(gè)節(jié)點(diǎn)

    // 構(gòu)造
    public Node(E e) {
        this.e = e;
        this.next = null;
    }

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

add 方法

// 添加數(shù)據(jù)
public void add(int index, E e) {

    // 檢查索引是否越界
    if (index < 0 || index > size) {
        throw new RuntimeException("Invalid Index");
    }

    // 獲取index前一個(gè)節(jié)點(diǎn)
    SingleLinkedList.Node prev = dummyHead;
    for (int i = 0; i < index; i++) {
        prev = prev.next;
    }

    // 添加數(shù)據(jù)
    SingleLinkedList.Node node = new SingleLinkedList.Node(e);
    node.next = prev.next;
    prev.next = node;
    size++;
}

remove 方法

// 刪除數(shù)據(jù)
public void remove(int index) {

    // 檢查索引是否越界
    if (index < 0 || index > size) {
        throw new RuntimeException("Invalid Index");
    }

    // 獲取index前一個(gè)節(jié)點(diǎn)
    Node prev = dummyHead;
    for (int i = 0; i < index; i++) {
        prev = prev.next;
    }

    // 刪除數(shù)據(jù)
    Node retNode = prev.next;
    prev.next = retNode.next;

    size --;
}

get 方法

// 通過索引獲取鏈表數(shù)數(shù)據(jù)
public E get(int index) {

    // 檢查索引是否越界
    if (index < 0 || index > size) {
        throw new RuntimeException("Invalid Index");
    }

    // 獲取index前一個(gè)節(jié)點(diǎn)
    Node cur = dummyHead.next;
    for (int i = 0; i < index; i++) {
        cur = cur.next;
    }
    
    return cur.e;
}

set 方法

// 通過索引設(shè)置鏈表數(shù)據(jù)
public E set(int index,E e) {

    // 檢查索引是否越界
    if (index < 0 || index > size) {
        throw new RuntimeException("Invalid Index");
    }

    // 獲取index前一個(gè)節(jié)點(diǎn)
    Node cur = dummyHead.next;
    for (int i = 0; i < index; i++) {
        cur = cur.next;
    }

    // 設(shè)置新值
    cur.e = e;

   return cur.e;
}

contain 方法

// 鏈表是否包含元素
public boolean contains(E e) {
        Node cur = dummyHead.next;

        // 遍歷所有節(jié)點(diǎn)
        while (cur != null) {
            if (cur.e.equals(e)) {
                return true;
            }
            cur = cur.next;
        }
    return false;
}

main

// main
public static void main(String[] args) {

    // 創(chuàng)建單向鏈表
    SingleLinkedList<Integer> singleLinkedList = new SingleLinkedList<>();

    // 添加數(shù)據(jù)
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
        singleLinkedList.addFirst(i);
        System.out.println(singleLinkedList);
    }

    // 是否包含元素
    System.out.println(singleLinkedList.contains(0));
    System.out.println(singleLinkedList.contains(10));

    // set
    singleLinkedList.set(0, 9);
    singleLinkedList.set(1, 7);
    System.out.println(singleLinkedList);

    // 刪除數(shù)據(jù)
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
        singleLinkedList.remove(0);
        System.out.println(singleLinkedList);
    }
}

輸出結(jié)果:

0->NULL
1->0->NULL
2->1->0->NULL
3->2->1->0->NULL
4->3->2->1->0->NULL
5->4->3->2->1->0->NULL
6->5->4->3->2->1->0->NULL
7->6->5->4->3->2->1->0->NULL
true
false
9->7->5->4->3->2->1->0->NULL
7->5->4->3->2->1->0->NULL
5->4->3->2->1->0->NULL
4->3->2->1->0->NULL
3->2->1->0->NULL
2->1->0->NULL
1->0->NULL
0->NULL
NULL

完整代碼

public class SingleLinkedList<E> {


    private Node dummyHead;  // 頭指針
    private int size;  // 鏈表大小

    // Node類
    private class Node {


        public E e;  // 元素
        private Node next;  // 下一個(gè)節(jié)點(diǎn)

        // 構(gòu)造
        public Node(E e) {
            this.e = e;
            this.next = null;
        }

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

    // 構(gòu)造
    public SingleLinkedList() {
        dummyHead = new Node(null);
        size = 0;
    }

    // 表首添加元素
    public void addFirst(E e) {
        add(0, e);
    }

    // 表尾添加元素
    public void addLast(E e){
        add(size, e);
    }

    // 添加數(shù)據(jù)
    public void add(int index, E e) {

        // 檢查索引是否越界
        if (index < 0 || index > size) {
            throw new RuntimeException("Invalid Index");
        }

        // 獲取index前一個(gè)節(jié)點(diǎn)
        Node prev = dummyHead;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            prev = prev.next;
        }

        // 添加數(shù)據(jù)
        Node node = new Node(e);
        node.next = prev.next;
        prev.next = node;
        size ++;
    }

    // 刪除數(shù)據(jù)
    public void remove(int index) {

        // 檢查索引是否越界
        if (index < 0 || index > size) {
            throw new RuntimeException("Invalid Index");
        }

        // 獲取index前一個(gè)節(jié)點(diǎn)
        Node prev = dummyHead;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            prev = prev.next;
        }

        // 刪除數(shù)據(jù)
        Node retNode = prev.next;
        prev.next = retNode.next;

        size --;
    }


    // 通過索引獲取鏈表數(shù)數(shù)據(jù)
    public E get(int index) {

        // 檢查索引是否越界
        if (index < 0 || index > size) {
            throw new RuntimeException("Invalid Index");
        }

        // 獲取index前一個(gè)節(jié)點(diǎn)
        Node cur = dummyHead.next;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            cur = cur.next;
        }

        return cur.e;
    }

    // 通過索引設(shè)置鏈表數(shù)據(jù)
    public E set(int index,E e) {

        // 檢查索引是否越界
        if (index < 0 || index > size) {
            throw new RuntimeException("Invalid Index");
        }

        // 獲取index前一個(gè)節(jié)點(diǎn)
        Node cur = dummyHead.next;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            cur = cur.next;
        }

        // 設(shè)置新值
        cur.e = e;

        return cur.e;
    }

    // 鏈表是否包含元素
    public boolean contains(E e) {
        Node cur = dummyHead.next;

        // 遍歷所有節(jié)點(diǎn)
        while (cur != null) {
            if (cur.e.equals(e)) {
                return true;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return false;
    }

    // 獲取鏈表大小
    public int getSize() {
        return size;
    }

    // 判斷鏈表是否為空
    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    @Override
    public String toString() {

        StringBuilder builder = new StringBuilder();
        Node cur = dummyHead.next;
        while (cur != null) {
            builder.append(cur + "->");
            cur = cur.next;
        }
        builder.append("NULL");
        return builder.toString();
    }

    // main
    public static void main(String[] args) {

        // 創(chuàng)建單向鏈表
        SingleLinkedList<Integer> singleLinkedList = new SingleLinkedList<>();

        // 添加數(shù)據(jù)
        for (int i = 0; i < 8; i++) {
            singleLinkedList.addFirst(i);
            System.out.println(singleLinkedList);
        }

        // 是否包含元素
        System.out.println(singleLinkedList.contains(0));
        System.out.println(singleLinkedList.contains(10));

        // set
        singleLinkedList.set(0, 9);
        singleLinkedList.set(1, 7);
        System.out.println(singleLinkedList);

        // 刪除數(shù)據(jù)
        for (int i = 0; i < 8; i++) {
            singleLinkedList.remove(0);
            System.out.println(singleLinkedList);
        }
    }
}

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