Java模拟单链表和双端链表数据结构的实例讲解
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2022-03-10 16:37:19
...
模拟单链表
线性表：
线性表（亦作顺序表）是最基本、最简单、也是最常用的一种数据结构。
线性表中数据元素之间的关系是一对一的关系，即除了第一个和最后一个数据元素之外，其它数据元素都是首尾相接的。
线性表的逻辑结构简单，便于实现和操作。
在实际应用中，线性表都是以栈、队列、字符串等特殊线性表的形式来使用的。
线性结构的基本特征为:
1．集合中必存在唯一的一个“第一元素”；
2．集合中必存在唯一的一个 “最后元素” ；
3．除最后一个元素之外，均有 唯一的后继(后件)；
4．除第一个元素之外，均有 唯一的前驱(前件)。
链表：linked list
链表是一种物理存储单元上非连续、非顺序的存储结构，数据元素的逻辑顺序是通过链表中的指针链接次序实现的
每个数据项都被包含在“链结点”（Link）中。
链结点是一个类的对象，这类可叫做Link。链表中有许多类似的链结点，每个Link中都中包含有一个对下一个链结点引用的字段next。
链表对象本身保存了一个指向第一个链结点的引用first。(若没有first，则无法定位)
链表不能像数组那样(利用下标)直接访问到数据项，而需要用数据间的关系来定位，即访问链结点所引用的下一个链结点，而后再下一个，直至访问到需要的数据
在链头插入和删除的时间复杂度为O(1)，因为只需要改变引用的指向即可
而查找、删除指定结点、在指定结点后插入，这些操作都需要平均都需要搜索链表中的一半结点，效率为O(N)。
单链表：
以“结点的序列”表示线性表 称作线性链表（单链表）
是一种链式存取的数据结构，用一组地址任意的存储单元存放线性表中的数据元素。(这组存储单元既可以是连续的，也可以是不连续的)
链结点的结构：
存放结点值的数据域data;存放结点的引用 的指针域（链域）next
链表通过每个结点的链域将线性表的n个结点按其逻辑顺序链接在一起的。
每个结点只有一个链域的链表称为单链表（Single Linked List） ， 一个方向, 只有后继结节的引用
/**
* 单链表:头插法 后进先出
* 将链表的左边称为链头，右边称为链尾。
* 头插法建单链表是将链表右端看成固定的，链表不断向左延伸而得到的。
* 头插法最先得到的是尾结点
* @author stone
*/
public class SingleLinkedList<T> {
private Link<T> first; //首结点
public SingleLinkedList() {
}
public boolean isEmpty() {
return first == null;
}
public void insertFirst(T data) {// 插入 到 链头
Link<T> newLink = new Link<T>(data);
newLink.next = first; //新结点的next指向上一结点
first = newLink;
}
public Link<T> deleteFirst() {//删除 链头
Link<T> temp = first;
first = first.next; //变更首结点，为下一结点
return temp;
}
public Link<T> find(T t) {
Link<T> find = first;
while (find != null) {
if (!find.data.equals(t)) {
find = find.next;
} else {
break;
}
}
return find;
}
public Link<T> delete(T t) {
if (isEmpty()) {
return null;
} else {
if (first.data.equals(t)) {
Link<T> temp = first;
first = first.next; //变更首结点，为下一结点
return temp;
}
}
Link<T> p = first;
Link<T> q = first;
while (!p.data.equals(t)) {
if (p.next == null) {//表示到链尾还没找到
return null;
} else {
q = p;
p = p.next;
}
}
q.next = p.next;
return p;
}
public void displayList() {//遍历
System.out.println("List (first-->last):");
Link<T> current = first;
while (current != null) {
current.displayLink();
current = current.next;
}
}
public void displayListReverse() {//反序遍历
Link<T> p = first, q = first.next, t;
while (q != null) {//指针反向，遍历的数据顺序向后
t = q.next; //no3
if (p == first) {// 当为原来的头时，头的.next应该置空
p.next = null;
}
q.next = p;// no3 -> no1 pointer reverse
p = q; //start is reverse
q = t; //no3 start
}
//上面循环中的if里，把first.next 置空了, 而当q为null不执行循环时，p就为原来的最且一个数据项，反转后把p赋给first
first = p;
displayList();
}
class Link<T> {//链结点
T data; //数据域
Link<T> next; //后继指针，结点 链域
Link(T data) {
this.data = data;
}
void displayLink() {
System.out.println("the data is " + data.toString());
}
}
public static void main(String[] args) {
SingleLinkedList<Integer> list = new SingleLinkedList<Integer>();
list.insertFirst(33);
list.insertFirst(78);
list.insertFirst(24);
list.insertFirst(22);
list.insertFirst(56);
list.displayList();
list.deleteFirst();
list.displayList();
System.out.println("find:" + list.find(56));
System.out.println("find:" + list.find(33));
System.out.println("delete find:" + list.delete(99));
System.out.println("delete find:" + list.delete(24));
list.displayList();
System.out.println("----reverse----");
list.displayListReverse();
}
}
打印
List (first-->last): the data is 56 the data is 22 the data is 24 the data is 78 the data is 33 List (first-->last): the data is 22 the data is 24 the data is 78 the data is 33 find:null find:linked_list.SingleLinkedList$Link@4b71bbc9 delete find:null delete find:linked_list.SingleLinkedList$Link@17dfafd1 List (first-->last): the data is 22 the data is 78 the data is 33 ----reverse---- List (first-->last): the data is 33 the data is 78 the data is 22
单链表:尾插法 、后进先出 ——若将链表的左端固定，链表不断向右延伸，这种建立链表的方法称为尾插法。
尾插法建立链表时，头指针固定不动，故必须设立一个尾部的指针，向链表右边延伸，
尾插法最先得到的是头结点。
public class SingleLinkedList2<T> {
private Link<T> head; //首结点
public SingleLinkedList2() {
}
public boolean isEmpty() {
return head == null;
}
public void insertLast(T data) {//在链尾 插入
Link<T> newLink = new Link<T>(data);
if (head != null) {
Link<T> nextP = head.next;
if (nextP == null) {
head.next = newLink;
} else {
Link<T> rear = null;
while (nextP != null) {
rear = nextP;
nextP = nextP.next;
}
rear.next = newLink;
}
} else {
head = newLink;
}
}
public Link<T> deleteLast() {//删除 链尾
Link<T> p = head;
Link<T> q = head;
while (p.next != null) {// p的下一个结点不为空，q等于当前的p(即q是上一个，p是下一个) 循环结束时，q等于链尾倒数第二个
q = p;
p = p.next;
}
//delete
q.next = null;
return p;
}
public Link<T> find(T t) {
Link<T> find = head;
while (find != null) {
if (!find.data.equals(t)) {
find = find.next;
} else {
break;
}
}
return find;
}
public Link<T> delete(T t) {
if (isEmpty()) {
return null;
} else {
if (head.data.equals(t)) {
Link<T> temp = head;
head = head.next; //变更首结点，为下一结点
return temp;
}
}
Link<T> p = head;
Link<T> q = head;
while (!p.data.equals(t)) {
if (p.next == null) {//表示到链尾还没找到
return null;
} else {
q = p;
p = p.next;
}
}
q.next = p.next;
return p;
}
public void displayList() {//遍历
System.out.println("List (head-->last):");
Link<T> current = head;
while (current != null) {
current.displayLink();
current = current.next;
}
}
public void displayListReverse() {//反序遍历
Link<T> p = head, q = head.next, t;
while (q != null) {//指针反向，遍历的数据顺序向后
t = q.next; //no3
if (p == head) {// 当为原来的头时，头的.next应该置空
p.next = null;
}
q.next = p;// no3 -> no1 pointer reverse
p = q; //start is reverse
q = t; //no3 start
}
//上面循环中的if里，把head.next 置空了, 而当q为null不执行循环时，p就为原来的最且一个数据项，反转后把p赋给head
head = p;
displayList();
}
class Link<T> {//链结点
T data; //数据域
Link<T> next; //后继指针，结点 链域
Link(T data) {
this.data = data;
}
void displayLink() {
System.out.println("the data is " + data.toString());
}
}
public static void main(String[] args) {
SingleLinkedList2<Integer> list = new SingleLinkedList2<Integer>();
list.insertLast(33);
list.insertLast(78);
list.insertLast(24);
list.insertLast(22);
list.insertLast(56);
list.displayList();
list.deleteLast();
list.displayList();
System.out.println("find:" + list.find(56));
System.out.println("find:" + list.find(33));
System.out.println("delete find:" + list.delete(99));
System.out.println("delete find:" + list.delete(78));
list.displayList();
System.out.println("----reverse----");
list.displayListReverse();
}
}
打印
List (head-->last): the data is 33 the data is 78 the data is 24 the data is 22 the data is 56 List (head-->last): the data is 33 the data is 78 the data is 24 the data is 22 find:null find:linked_list.SingleLinkedList2$Link@4b71bbc9 delete find:null delete find:linked_list.SingleLinkedList2$Link@17dfafd1 List (head-->last): the data is 33 the data is 24 the data is 22 ----reverse---- List (head-->last): the data is 22 the data is 24 the data is 33
模拟双端链表，以链表实现栈和队列
双端链表：
双端链表与传统链表非常相似.只是新增了一个属性-即对最后一个链结点的引用rear
这样在链尾插入会变得非常容易，只需改变rear的next为新增的结点即可，而不需要循环搜索到最后一个节点
所以有insertFirst、insertLast
删除链头时，只需要改变引用指向即可；删除链尾时，需要将倒数第二个结点的next置空，
而没有一个引用是指向它的，所以还是需要循环来读取操作
/**
* 双端链表
* @author stone
*/
public class TwoEndpointList<T> {
private Link<T> head; //首结点
private Link<T> rear; //尾部指针
public TwoEndpointList() {
}
public T peekHead() {
if (head != null) {
return head.data;
}
return null;
}
public boolean isEmpty() {
return head == null;
}
public void insertFirst(T data) {// 插入 到 链头
Link<T> newLink = new Link<T>(data);
newLink.next = head; //新结点的next指向上一结点
head = newLink;
}
public void insertLast(T data) {//在链尾 插入
Link<T> newLink = new Link<T>(data);
if (head == null) {
rear = null;
}
if (rear != null) {
rear.next = newLink;
} else {
head = newLink;
head.next = rear;
}
rear = newLink; //下次插入时，从rear处插入
}
public T deleteHead() {//删除 链头
if (isEmpty()) return null;
Link<T> temp = head;
head = head.next; //变更首结点，为下一结点
if (head == null) {
<span style="white-space:pre"> </span>rear = head;
}
return temp.data;
}
public T find(T t) {
if (isEmpty()) {
return null;
}
Link<T> find = head;
while (find != null) {
if (!find.data.equals(t)) {
find = find.next;
} else {
break;
}
}
if (find == null) {
return null;
}
return find.data;
}
public T delete(T t) {
if (isEmpty()) {
return null;
} else {
if (head.data.equals(t)) {
Link<T> temp = head;
head = head.next; //变更首结点，为下一结点
return temp.data;
}
}
Link<T> p = head;
Link<T> q = head;
while (!p.data.equals(t)) {
if (p.next == null) {//表示到链尾还没找到
return null;
} else {
q = p;
p = p.next;
}
}
q.next = p.next;
return p.data;
}
public void displayList() {//遍历
System.out.println("List (head-->last):");
Link<T> current = head;
while (current != null) {
current.displayLink();
current = current.next;
}
}
public void displayListReverse() {//反序遍历
if (isEmpty()) {
return;
}
Link<T> p = head, q = head.next, t;
while (q != null) {//指针反向，遍历的数据顺序向后
t = q.next; //no3
if (p == head) {// 当为原来的头时，头的.next应该置空
p.next = null;
}
q.next = p;// no3 -> no1 pointer reverse
p = q; //start is reverse
q = t; //no3 start
}
//上面循环中的if里，把head.next 置空了, 而当q为null不执行循环时，p就为原来的最且一个数据项，反转后把p赋给head
head = p;
displayList();
}
class Link<T> {//链结点
T data; //数据域
Link<T> next; //后继指针，结点 链域
Link(T data) {
this.data = data;
}
void displayLink() {
System.out.println("the data is " + data.toString());
}
}
public static void main(String[] args) {
TwoEndpointList<Integer> list = new TwoEndpointList<Integer>();
list.insertLast(1);
list.insertFirst(2);
list.insertLast(3);
list.insertFirst(4);
list.insertLast(5);
list.displayList();
list.deleteHead();
list.displayList();
System.out.println("find:" + list.find(6));
System.out.println("find:" + list.find(3));
System.out.println("delete find:" + list.delete(6));
System.out.println("delete find:" + list.delete(5));
list.displayList();
System.out.println("----reverse----");
list.displayListReverse();
}
}
打印
List (head-->last): the data is 4 the data is 2 the data is 1 the data is 3 the data is 5 List (head-->last): the data is 2 the data is 1 the data is 3 the data is 5 find:null find:3 delete find:null delete find:5 List (head-->last): the data is 2 the data is 1 the data is 3 ----reverse---- List (head-->last): the data is 3 the data is 1 the data is 2
使用链表实现栈 ，用前插 单链表就能实现，
本类采用双端链表实现：
public class LinkStack<T> {
private TwoEndpointList<T> datas;
public LinkStack() {
datas = new TwoEndpointList<T>();
}
// 入栈
public void push(T data) {
datas.insertFirst(data);
}
// 出栈
public T pop() {
return datas.deleteHead();
}
// 查看栈顶
public T peek() {
return datas.peekHead();
}
//栈是否为空
public boolean isEmpty() {
return datas.isEmpty();
}
public static void main(String[] args) {
LinkStack<Integer> stack = new LinkStack<Integer>();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
stack.push(i);
}
for (int i = 0; i < 5; i++) {
Integer peek = stack.peek();
System.out.println("peek:" + peek);
}
for (int i = 0; i < 6; i++) {
Integer pop = stack.pop();
System.out.println("pop:" + pop);
}
System.out.println("----");
for (int i = 5; i > 0; i--) {
stack.push(i);
}
for (int i = 5; i > 0; i--) {
Integer peek = stack.peek();
System.out.println("peek:" + peek);
}
for (int i = 5; i > 0; i--) {
Integer pop = stack.pop();
System.out.println("pop:" + pop);
}
}
}
打印
peek:4 peek:4 peek:4 peek:4 peek:4 pop:4 pop:3 pop:2 pop:1 pop:0 pop:null ---- peek:1 peek:1 peek:1 peek:1 peek:1 pop:1 pop:2 pop:3 pop:4 pop:5
链表实现 队列 用双端链表实现：
public class LinkQueue<T> {
private TwoEndpointList<T> list;
public LinkQueue() {
list = new TwoEndpointList<T>();
}
//插入队尾
public void insert(T data) {
list.insertLast(data);
}
//移除队头
public T remove() {
return list.deleteHead();
}
//查看队头
public T peek() {
return list.peekHead();
}
public boolean isEmpty() {
return list.isEmpty();
}
public static void main(String[] args) {
LinkQueue<Integer> queue = new LinkQueue<Integer>();
for (int i = 1; i < 5; i++) {
queue.insert(i);
}
for (int i = 1; i < 5; i++) {
Integer peek = queue.peek();
System.out.println("peek:" + peek);
}
for (int i = 1; i < 5; i++) {
Integer remove = queue.remove();
System.out.println("remove:" + remove);
}
System.out.println("----");
for (int i = 5; i > 0; i--) {
queue.insert(i);
}
for (int i = 5; i > 0; i--) {
Integer peek = queue.peek();
System.out.println("peek2:" + peek);
}
for (int i = 5; i > 0; i--) {
Integer remove = queue.remove();
System.out.println("remove:" + remove);
}
}
}
打印
peek:1 peek:1 peek:1 peek:1 remove:1 remove:2 remove:3 remove:4 ---- peek2:5 peek2:5 peek2:5 peek2:5 peek2:5 remove:5 remove:4 remove:3 remove:2 remove:1
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