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Java 数据结构与算法 - 链表
链表基础
链表是由一系列链接组成的序列,每个链接包含一个指向另一个链接的连接。链表是仅次于数组的第二常用数据结构。以下是理解链表概念的重要术语。
链接 − 链表的每个链接都可以存储称为元素的数据。
下一个 − 链表的每个链接都包含一个指向下一个链接的链接,称为“下一个”。
链表 − 链表包含一个指向第一个链接的连接,称为“第一个”。
链表表示
根据上面所示的图示,以下是需要考虑的重要几点。
链表包含一个称为“第一个”的链接元素。
每个链接都包含一个或多个数据字段和一个称为“下一个”的链接字段。
每个链接都使用其“下一个”链接与其下一个链接链接。
最后一个链接的链接为 null,以标记列表的结尾。
链表的类型
以下是链表的各种类型。
简单链表 − 项导航只能向前。
双向链表 − 可以向前和向后导航项。
循环链表 − 最后一项包含下一项的第一个元素的链接,第一个元素包含前一项的最后一个元素的链接。
基本操作
以下是列表支持的基本操作。
插入 − 在列表开头添加一个元素。
删除 − 删除列表开头的元素。
显示 − 显示完整列表。
搜索 − 使用给定的键搜索元素。
删除 − 使用给定的键删除元素。
插入操作
插入是一个三步过程
使用提供的数据创建一个新的链接。
将新链接指向旧的第一个链接。
将第一个链接指向此新链接。
//insert link at the first location
public void insertFirst(int key, int data){
//create a link
Link link = new Link(key,data);
//point it to old first node
link.next = first;
//point first to new first node
first = link;
}
删除操作
删除是一个两步过程
获取第一个链接指向的链接作为临时链接。
将第一个链接指向临时链接的下一个链接。
//delete first item
public Link deleteFirst(){
//save reference to first link
Link tempLink = first;
//mark next to first link as first
first = first.next;
//return the deleted link
return tempLink;
}
导航操作
导航是一个递归步骤过程,是许多操作(如搜索、删除等)的基础。
获取第一个链接指向的链接作为当前链接。
检查当前链接是否不为 null 并显示它。
将当前链接指向当前链接的下一个链接,并移动到上述步骤。
注意
//display the list
public void display(){
//start from the beginning
Link current = first;
//navigate till the end of the list
System.out.print("[ ");
while(current != null){
//print data
current.display();
//move to next item
current = current.next;
System.out.print(" ");
}
System.out.print(" ]");
}
高级操作
以下是为列表指定的高级操作。
排序 − 基于特定顺序对列表进行排序。
反转 − 反转链表。
连接 − 连接两个列表。
排序操作
我们使用冒泡排序来对列表进行排序。
public void sort(){
int i, j, k, tempKey, tempData ;
Link current,next;
int size = length();
k = size ;
for ( i = 0 ; i < size - 1 ; i++, k-- ) {
current = first ;
next = first.next ;
for ( j = 1 ; j < k ; j++ ) {
if ( current.data > next.data ) {
tempData = current.data ;
current.data = next.data;
next.data = tempData ;
tempKey = current.key;
current.key = next.key;
next.key = tempKey;
}
current = current.next;
next = next.next;
}
}
}
反转操作
以下代码演示了反转单链表。
public LinkedList reverse() {
LinkedList reversedlist = new LinkedList();
Link nextLink = null;
reversedlist.insertFirst(first.key, first.data);
Link currentLink = first;
// Until no more data in list,
// insert current link before first and move ahead.
while(currentLink.next != null){
nextLink = currentLink.next;
// Insert at start of new list.
reversedlist.insertFirst(nextLink.key, nextLink.data);
//advance to next node
currentLink = currentLink.next;
}
return reversedlist;
}
连接操作
以下代码演示了反转单链表。
public void concatenate(LinkedList list){
if(first == null){
first = list.first;
}
if(list.first == null){
return;
}
Link temp = first;
while(temp.next !=null) {
temp = temp.next;
}
temp.next = list.first;
}
演示
Link.javapackage com.tutorialspoint.list;
public class Link {
public int key;
public int data;
public Link next;
public Link(int key, int data){
this.key = key;
this.data = data;
}
public void display(){
System.out.print("{"+key+","+data+"}");
}
}
LinkedList.java
package com.tutorialspoint.list;
public class LinkedList {
//this link always point to first Link
//in the Linked List
private Link first;
// create an empty linked list
public LinkedList(){
first = null;
}
//insert link at the first location
public void insertFirst(int key, int data){
//create a link
Link link = new Link(key,data);
//point it to old first node
link.next = first;
//point first to new first node
first = link;
}
//delete first item
public Link deleteFirst(){
//save reference to first link
Link tempLink = first;
//mark next to first link as first
first = first.next;
//return the deleted link
return tempLink;
}
//display the list
public void display(){
//start from the beginning
Link current = first;
//navigate till the end of the list
System.out.print("[ ");
while(current != null){
//print data
current.display();
//move to next item
current = current.next;
System.out.print(" ");
}
System.out.print(" ]");
}
//find a link with given key
public Link find(int key){
//start from the first link
Link current = first;
//if list is empty
if(first == null){
return null;
}
//navigate through list
while(current.key != key){
//if it is last node
if(current.next == null){
return null;
}else{
//go to next link
current = current.next;
}
}
//if data found, return the current Link
return current;
}
//delete a link with given key
public Link delete(int key){
//start from the first link
Link current = first;
Link previous = null;
//if list is empty
if(first == null){
return null;
}
//navigate through list
while(current.key != key){
//if it is last node
if(current.next == null){
return null;
}else{
//store reference to current link
previous = current;
//move to next link
current = current.next;
}
}
//found a match, update the link
if(current == first) {
//change first to point to next link
first = first.next;
}else {
//bypass the current link
previous.next = current.next;
}
return current;
}
//is list empty
public boolean isEmpty(){
return first == null;
}
public int length(){
int length = 0;
for(Link current = first; current!=null;
current = current.next){
length++;
}
return length;
}
public void sort(){
int i, j, k, tempKey, tempData ;
Link current,next;
int size = length();
k = size ;
for ( i = 0 ; i < size - 1 ; i++, k-- ) {
current = first ;
next = first.next ;
for ( j = 1 ; j < k ; j++ ) {
if ( current.data > next.data ) {
tempData = current.data ;
current.data = next.data;
next.data = tempData ;
tempKey = current.key;
current.key = next.key;
next.key = tempKey;
}
current = current.next;
next = next.next;
}
}
}
public LinkedList reverse() {
LinkedList reversedlist = new LinkedList();
Link nextLink = null;
reversedlist.insertFirst(first.key, first.data);
Link currentLink = first;
// Until no more data in list,
// insert current link before first and move ahead.
while(currentLink.next != null){
nextLink = currentLink.next;
// Insert at start of new list.
reversedlist.insertFirst(nextLink.key, nextLink.data);
//advance to next node
currentLink = currentLink.next;
}
return reversedlist;
}
public void concatenate(LinkedList list){
if(first == null){
first = list.first;
}
if(list.first == null){
return;
}
Link temp = first;
while(temp.next !=null) {
temp = temp.next;
}
temp.next = list.first;
}
}
LinkedListDemo.java
package com.tutorialspoint.list;
public class LinkedListDemo {
public static void main(String args[]){
LinkedList list = new LinkedList();
list.insertFirst(1, 10);
list.insertFirst(2, 20);
list.insertFirst(3, 30);
list.insertFirst(4, 1);
list.insertFirst(5, 40);
list.insertFirst(6, 56);
System.out.print("\nOriginal List: ");
list.display();
System.out.println("");
while(!list.isEmpty()){
Link temp = list.deleteFirst();
System.out.print("Deleted value:");
temp.display();
System.out.println("");
}
System.out.print("List after deleting all items: ");
list.display();
System.out.println("");
list.insertFirst(1, 10);
list.insertFirst(2, 20);
list.insertFirst(3, 30);
list.insertFirst(4, 1);
list.insertFirst(5, 40);
list.insertFirst(6, 56);
System.out.print("Restored List: ");
list.display();
System.out.println("");
Link foundLink = list.find(4);
if(foundLink != null){
System.out.print("Element found: ");
foundLink.display();
System.out.println("");
}else{
System.out.println("Element not found.");
}
list.delete(4);
System.out.print("List after deleting an item: ");
list.display();
System.out.println("");
foundLink = list.find(4);
if(foundLink != null){
System.out.print("Element found: ");
foundLink.display();
System.out.println("");
}else{
System.out.print("Element not found. {4,1}");
}
System.out.println("");
list.sort();
System.out.print("List after sorting the data: ");
list.display();
System.out.println("");
System.out.print("Reverse of the list: ");
LinkedList list1 = list.reverse();
list1.display();
System.out.println("");
LinkedList list2 = new LinkedList();
list2.insertFirst(9, 50);
list2.insertFirst(8, 40);
list2.insertFirst(7, 20);
list.concatenate(list2);
System.out.print("List after concatenation: ");
list.display();
System.out.println("");
}
}
如果我们编译并运行上述程序,则会产生以下结果
Original List: [ {6,56} {5,40} {4,1} {3,30} {2,20} {1,10} ]
Deleted value:{6,56}
Deleted value:{5,40}
Deleted value:{4,1}
Deleted value:{3,30}
Deleted value:{2,20}
Deleted value:{1,10}
List after deleting all items: [ ]
Restored List: [ {6,56} {5,40} {4,1} {3,30} {2,20} {1,10} ]
Element found: {4,1}
List after deleting an item: [ {6,56} {5,40} {3,30} {2,20} {1,10} ]
Element not found. {4,1}
List after sorting the data: [ {1,10} {2,20} {3,30} {5,40} {6,56} ]
Reverse of the list: [ {6,56} {5,40} {3,30} {2,20} {1,10} ]
List after concatenation: [ {1,10} {2,20} {3,30} {5,40} {6,56} {7,20} {8,40} {9,50} ]