【数据结构】链表的原理及java实现

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();
}
}

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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;
}

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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;
}

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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;
}

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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;
}

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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;
}

}

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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);
}
}

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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;
}