【数据结构】链表的原理及java实现

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一：单向链表基本介绍

链表是一种数据结构，和数组同级。比如，Java中我们使用的ArrayList，其实现原理是数组。而LinkedList的实现原理就是链表了。链表在进行循环遍历时效率不高，但是插入和删除时优势明显。下面对单向链表做一个介绍。

单向链表是一种线性表，实际上是由节点（Node）组成的，一个链表拥有不定数量的节点。其数据在内存中存储是不连续的，它存储的数据分散在内存中，每个结点只能也只有它能知道下一个结点的存储位置。由N各节点（Node）组成单向链表，每一个Node记录本Node的数据及下一个Node。向外暴露的只有一个头节点（Head），我们对链表的所有操作，都是直接或者间接地通过其头节点来进行的。

上图中最左边的节点即为头结点（Head），但是添加节点的顺序是从右向左的，添加的新节点会被作为新节点。最先添加的节点对下一节点的引用可以为空。引用是引用下一个节点而非下一个节点的对象。因为有着不断的引用，所以头节点就可以操作所有节点了。
下图描述了单向链表存储情况。存储是分散的，每一个节点只要记录下一节点，就把所有数据串了起来，形成了一个单向链表。

节点（Node）是由一个需要储存的对象及对下一个节点的引用组成的。也就是说，节点拥有两个成员：储存的对象、对下一个节点的引用。下面图是具体的说明：

二、单项链表的实现

package com.zjn.LinkAndQueue;

/** * 自定义链表设计 * * @author zjn * */
public class MyLink { 
   
    Node head = null; // 头节点

    /** * 链表中的节点，data代表节点的值，next是指向下一个节点的引用 * * @author zjn * */
    class Node {
        Node next = null;// 节点的引用，指向下一个节点
        int data;// 节点的对象，即内容

        public Node(int data) {
            this.data = data;
        }
    }

    /** * 向链表中插入数据 * * @param d */
    public void addNode(int d) {
        Node newNode = new Node(d);// 实例化一个节点
        if (head == null) {
            head = newNode;
            return;
        }
        Node tmp = head;
        while (tmp.next != null) {
            tmp = tmp.next;
        }
        tmp.next = newNode;
    }

    /** * * @param index:删除第index个节点 * @return */
    public boolean deleteNode(int index) {
        if (index < 1 || index > length()) {
            return false;
        }
        if (index == 1) {
            head = head.next;
            return true;
        }
        int i = 1;
        Node preNode = head;
        Node curNode = preNode.next;
        while (curNode != null) {
            if (i == index) {
                preNode.next = curNode.next;
                return true;
            }
            preNode = curNode;
            curNode = curNode.next;
            i++;
        }
        return false;
    }

    /** * * @return 返回节点长度 */
    public int length() {
        int length = 0;
        Node tmp = head;
        while (tmp != null) {
            length++;
            tmp = tmp.next;
        }
        return length;
    }

    /** * 在不知道头指针的情况下删除指定节点 * * @param n * @return */
    public boolean deleteNode11(Node n) {
        if (n == null || n.next == null)
            return false;
        int tmp = n.data;
        n.data = n.next.data;
        n.next.data = tmp;
        n.next = n.next.next;
        System.out.println("删除成功！");
        return true;
    }

    public void printList() {
        Node tmp = head;
        while (tmp != null) {
            System.out.println(tmp.data);
            tmp = tmp.next;
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyLink list = new MyLink();
        list.addNode(5);
        list.addNode(3);
        list.addNode(1);
        list.addNode(2);
        list.addNode(55);
        list.addNode(36);
        System.out.println("linkLength:" + list.length());
        System.out.println("head.data:" + list.head.data);
        list.printList();
        list.deleteNode(4);
        System.out.println("After deleteNode(4):");
        list.printList();
    }
}

三、链表相关的常用操作实现方法

1. 链表反转

/** * 链表反转 * * @param head * @return */
    public Node ReverseIteratively(Node head) {
        Node pReversedHead = head;
        Node pNode = head;
        Node pPrev = null;
        while (pNode != null) {
            Node pNext = pNode.next;
            if (pNext == null) {
                pReversedHead = pNode;
            }
            pNode.next = pPrev;
            pPrev = pNode;
            pNode = pNext;
        }
        this.head = pReversedHead;
        return this.head;
    }

2. 查找单链表的中间节点

采用快慢指针的方式查找单链表的中间节点，快指针一次走两步，慢指针一次走一步，当快指针走完时，慢指针刚好到达中间节点。

/** * 查找单链表的中间节点 * * @param head * @return */
    public Node SearchMid(Node head) {
        Node p = this.head, q = this.head;
        while (p != null && p.next != null && p.next.next != null) {
            p = p.next.next;
            q = q.next;
        }
        System.out.println("Mid:" + q.data);
        return q;
    }

3. 查找倒数第k个元素

采用两个指针P1,P2，P1先前移K步，然后P1、P2同时移动，当p1移动到尾部时，P2所指位置的元素即倒数第k个元素 。

/** * 查找倒数 第k个元素 * * @param head * @param k * @return */
    public Node findElem(Node head, int k) {
        if (k < 1 || k > this.length()) {
            return null;
        }
        Node p1 = head;
        Node p2 = head;
        for (int i = 0; i < k; i++)// 前移k步
            p1 = p1.next;
        while (p1 != null) {
            p1 = p1.next;
            p2 = p2.next;
        }
        return p2;
    }

4. 对链表进行排序

/** * 排序 * * @return */
    public Node orderList() {
        Node nextNode = null;
        int tmp = 0;
        Node curNode = head;
        while (curNode.next != null) {
            nextNode = curNode.next;
            while (nextNode != null) {
                if (curNode.data > nextNode.data) {
                    tmp = curNode.data;
                    curNode.data = nextNode.data;
                    nextNode.data = tmp;
                }
                nextNode = nextNode.next;
            }
            curNode = curNode.next;
        }
        return head;
    }

5. 删除链表中的重复节点

/** * 删除重复节点 */
    public void deleteDuplecate(Node head) {
        Node p = head;
        while (p != null) {
            Node q = p;
            while (q.next != null) {
                if (p.data == q.next.data) {
                    q.next = q.next.next;
                } else
                    q = q.next;
            }
            p = p.next;
        }

    }

6. 从尾到头输出单链表，采用递归方式实现

/** * 从尾到头输出单链表，采用递归方式实现 * * @param pListHead */
    public void printListReversely(Node pListHead) {
        if (pListHead != null) {
            printListReversely(pListHead.next);
            System.out.println("printListReversely:" + pListHead.data);
        }
    }

7. 判断链表是否有环，有环情况下找出环的入口节点

/** * 判断链表是否有环，单向链表有环时，尾节点相同 * * @param head * @return */
    public boolean IsLoop(Node head) {
        Node fast = head, slow = head;
        if (fast == null) {
            return false;
        }
        while (fast != null && fast.next != null) {
            fast = fast.next.next;
            slow = slow.next;
            if (fast == slow) {
                System.out.println("该链表有环");
                return true;
            }
        }
        return !(fast == null || fast.next == null);
    }

    /** * 找出链表环的入口 * * @param head * @return */
    public Node FindLoopPort(Node head) {
        Node fast = head, slow = head;
        while (fast != null && fast.next != null) {
            slow = slow.next;
            fast = fast.next.next;
            if (slow == fast)
                break;
        }
        if (fast == null || fast.next == null)
            return null;
        slow = head;
        while (slow != fast) {
            slow = slow.next;
            fast = fast.next;
        }
        return slow;
    }