Java 数据结构与算法系列精讲之单向链表

目录

• 概述
• 链表
• 单向链表
• 单向链表实现
• Node类
• add方法
• remove方法
• get方法
• set方法
• contain方法
• main
• 完整代码

概述

从今天开始, 小白我将带大家开启 Jave 数据结构 & 算法的新篇章.

链表

链表 (Linked List) 是一种递归的动态数据结构. 链表以线性表的形式, 在每一个节点存放下一个节点的指针. 链表解决了数组需要先知道数据大小的缺点, 增加了节点的指针域, 空间开销较大.

链表包括三类:

• 单向链表
• 双向链表
• 循环链表

单向链表

单向链表 (Single Linked List) 是链表中最简单的一种形式. 单向链表每个节点包含两个部分, 第一部分是信息, 第二部分是下一个节点. (元素 + 指针)

单向链表实现

Node 类

// Node类
private class Node {


    public E e;  // 元素
    private SingleLinkedList.Node next;  // 下一个节点

    // 构造
    public Node(E e) {
        this.e = e;
        this.next = null;
    }

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

add 方法

// 添加数据
public void add(int index, E e) {

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

    // 获取index前一个节点
    SingleLinkedList.Node prev = dummyHead;
    for (int i = 0; i < index; i++) {
        prev = prev.next;
    }

    // 添加数据
    SingleLinkedList.Node node = new SingleLinkedList.Node(e);
    node.next = prev.next;
    prev.next = node;
    size++;
}

remove 方法

// 删除数据
public void remove(int index) {

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

    // 获取index前一个节点
    Node prev = dummyHead;
    for (int i = 0; i < index; i++) {
        prev = prev.next;
    }

    // 删除数据
    Node retNode = prev.next;
    prev.next = retNode.next;

    size --;
}

get 方法

// 通过索引获取链表数数据
public E get(int index) {

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

    // 获取index前一个节点
    Node cur = dummyHead.next;
    for (int i = 0; i < index; i++) {
        cur = cur.next;
    }
    
    return cur.e;
}

set 方法

// 通过索引设置链表数据
public E set(int index,E e) {

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

    // 获取index前一个节点
    Node cur = dummyHead.next;
    for (int i = 0; i < index; i++) {
        cur = cur.next;
    }

    // 设置新值
    cur.e = e;

   return cur.e;
}

contain 方法

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

        // 遍历所有节点
        while (cur != null) {
            if (cur.e.equals(e)) {
                return true;
            }
            cur = cur.next;
        }
    return false;
}

main

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

    // 创建单向链表
    SingleLinkedList<Integer> singleLinkedList = new SingleLinkedList<>();

    // 添加数据
    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);

    // 删除数据
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
        singleLinkedList.remove(0);
        System.out.println(singleLinkedList);
    }
}

输出结果:

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

完整代码

public class SingleLinkedList<E> {


    private Node dummyHead;  // 头指针
    private int size;  // 链表大小

    // Node类
    private class Node {


        public E e;  // 元素
        private Node next;  // 下一个节点

        // 构造
        public Node(E e) {
            this.e = e;
            this.next = null;
        }

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

    // 构造
    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);
    }

    // 添加数据
    public void add(int index, E e) {

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

        // 获取index前一个节点
        Node prev = dummyHead;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            prev = prev.next;
        }

        // 添加数据
        Node node = new Node(e);
        node.next = prev.next;
        prev.next = node;
        size ++;
    }

    // 删除数据
    public void remove(int index) {

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

        // 获取index前一个节点
        Node prev = dummyHead;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            prev = prev.next;
        }

        // 删除数据
        Node retNode = prev.next;
        prev.next = retNode.next;

        size --;
    }


    // 通过索引获取链表数数据
    public E get(int index) {

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

        // 获取index前一个节点
        Node cur = dummyHead.next;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            cur = cur.next;
        }

        return cur.e;
    }

    // 通过索引设置链表数据
    public E set(int index,E e) {

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

        // 获取index前一个节点
        Node cur = dummyHead.next;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            cur = cur.next;
        }

        // 设置新值
        cur.e = e;

        return cur.e;
    }

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

        // 遍历所有节点
        while (cur != null) {
            if (cur.e.equals(e)) {
                return true;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return false;
    }

    // 获取链表大小
    public int getSize() {
        return size;
    }

    // 判断链表是否为空
    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) {

        // 创建单向链表
        SingleLinkedList<Integer> singleLinkedList = new SingleLinkedList<>();

        // 添加数据
        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);

        // 删除数据
        for (int i = 0; i < 8; i++) {
            singleLinkedList.remove(0);
            System.out.println(singleLinkedList);
        }
    }
}

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