【Java数据结构】初始线性表之一：链表

为什么要有链表

上一节我们描述了顺序表：【Java数据结构】初识线性表之一：顺序表-CSDN博客

并且进行了简单模拟实现。通过源码知道，ArrayList底层使用数组来存储元素。

由于其底层是一段连续空间，当在ArrayList任意位置插入或者删除元素时，就需要将后序元素整体往前或者往后搬移，时间复杂度为O(n)，效率比较低，因此ArrayList不适合做任意位置插入和删除比较多的场景。因此：java集合中又引入了LinkedList，即链表结构。

链表

链表的概念及结构

链表是一种物理存储结构上非连续存储结构，数据元素的逻辑顺序是通过链表中的引用链接次序实现的。

注意：

链表的结构在逻辑上是连续的，但是在物理位置上不一定连续。
节点一般都是从堆上申请出来的。
从堆上申请空间是按一定策略来分配的，两次申请的空间可能会连续，也可能不连续。

实际中链表的结构非常多样，以下情况组合起来就有8种链表结构：

单向或者双向
带头或者不带头
循环或者非循环

本章节我们来描述其中两种：

无头单向非循环链表：结构简单，一般不会单独用来存数据。实际中更多是作为其他数据结构的子结构，如哈希桶、图的邻接表等等。
无头双向链表：在Java的集合框架库中LinkedList底层实现就是无头双向循环链表。

模拟实现无头单向非循环链表

模拟实现无头单向非循环链表主要有以下的方法：

public class SingleLinkedList {
   //头插法
   public void addFirst(int data){
  }
   //尾插法
   public void addLast(int data){
  }
   //任意位置插入,第一个数据节点为0号下标
   public void addIndex(int index,int data){
  }
   //查找是否包含关键字key是否在单链表当中
   public boolean contains(int key){
       return false;
  }
   //删除第一次出现关键字为key的节点
   public void remove(int key){
  }

  //删除所有值为key的节点
   public void removeAllKey(int key){
  }
   //得到单链表的长度
   public int size(){
       return -1;
  }
   public void clear() {
  }

   public void display() {}
}

链表的插入：

链表的删除：

模拟链表的代码实现：

public class MySingLeList {static class ListNode{public int val;public ListNode next;public ListNode(int val) {this.val = val;}}public ListNode head;public void createList(){ListNode node1 = new ListNode(12);ListNode node2 = new ListNode(34);ListNode node3 = new ListNode(45);ListNode node4 = new ListNode(56);ListNode node5 = new ListNode(67);node1.next = node2;node2.next = node3;node3.next = node4;node4.next = node5;this.head = node1;}public void display(){ListNode tmp = this.head;while(!(tmp == null)){System.out.print(tmp.val+" ");tmp = tmp.next;}}public int size(){ListNode tmp = this.head;int count = 0;while(!(tmp == null)){count++;tmp = tmp.next;}return count;}public boolean contains(int findData){ListNode tmp = this.head;while(!(tmp == null)){if(tmp.val == findData){return true;}}return false;}public void addFirst(int data){ListNode node = new ListNode(data);node.next = this.head;this.head = node;}public void addLast(int data){ListNode node = new ListNode(data);ListNode tmp = this.head;if(tmp == null){this.head = node;return;}while(!(tmp.next == null)){tmp = tmp.next;}tmp.next = node;}public void addIndex(int pos,int data){ListNode node = new ListNode(data);ListNode tmp = this.head;if(pos == 0){node.next = tmp;this.head = node;return;} else if (pos == this.size()) {this.addLast(data);} else if (pos > this.size()) {System.out.println("输入的位置错误！");}else{for (int i = 0; i < pos -1; i++) {tmp = tmp.next;}node.next = tmp.next;tmp.next = node;}}public void remove(int data){int flag = 1;ListNode tmp = this.head;if(this.head.val == data){this.head = this.head.next;return;}while(tmp.next != null){if(tmp.next.val== data){flag = 0;break;}tmp = tmp.next;}if(flag == 0){tmp.next = tmp.next.next;}else{System.out.println("链表中没有该元素！");}}public void removeAll(int data){ListNode prv = this.head;ListNode tmp = this.head.next;while(tmp != null){if(tmp.val == data){prv.next = tmp.next;tmp = tmp.next;}else{prv = tmp;tmp = tmp.next;}}if(this.head.val == data){this.head = this.head.next;}}public void clear(){this.head = null;}
}

模拟实现无头双向链表

无头双向链表主要有以下的方法：

public class MyLinkedList {
  //头插法
   public void addFirst(int data){ }
   //尾插法
   public void addLast(int data){}
   //任意位置插入,第一个数据节点为0号下标
   public void addIndex(int index,int data){}
   //查找是否包含关键字key是否在单链表当中
   public boolean contains(int key){}
   //删除第一次出现关键字为key的节点
   public void remove(int key){}
   //删除所有值为key的节点
   public void removeAllKey(int key){}
   //得到单链表的长度
   public int size(){}
   public void display(){}
   public void clear(){}
}

双向链表的插入：

双向链表的删除：

模拟代码实现：

public class MyLinkedList {static class ListNode{private int val;private ListNode prev;private ListNode next;public ListNode(int val) {this.val = val;}}ListNode head;ListNode last;//头插法public void addFirst(int data){ListNode node = new ListNode(data);if(head == null){head = node;last = node;}else{node.next = head;head.prev = node;head = node;}}//尾插法public void addLast(int data){ListNode node = new ListNode(data);if(head == null){head = node;last = node;}else{last.next = node;node.prev = last;last = node;}}//任意位置插入,第一个数据节点为0号下标public void addIndex(int pos,int data){ListNode node = new ListNode(data);ListNode cur = head;if(pos == 0){addFirst(data);}else if(pos == this.size()){addLast(data);}else if(pos < 0 || pos > this.size()){System.out.println("插入位置错误！");}else{for (int i = 0; i < pos; i++) {cur = cur.next;}cur.prev.next = node;node.prev = cur.prev;node.next = cur;cur.prev = node;}}//查找是否包含关键字key是否在单链表当中public boolean contains(int key){ListNode tmp = this.head;while(!(tmp == null)){if(tmp.val == key){return true;}}return false;}//删除第一次出现关键字为key的节点public void remove(int key){ListNode cur = head;while(cur != null){if(cur.val == key){if(cur == head){head = head.next;if(head != null){head.prev =null;}else{last = null;}return;}else if(cur == last){last = last.prev;last.next = null;return;}else{cur.prev.next = cur.next;cur.next.prev = cur.prev;return;}}else{cur = cur.next;}}System.out.println("没有该元素！");return;}//删除所有值为key的节点public void removeAllKey(int key){ListNode cur = head;while(cur != null){if(cur.val == key){if(cur == head){head = head.next;if(head != null){head.prev =null;}else{last = null;}}else if(cur == last){last = last.prev;last.next = null;}else{cur.prev.next = cur.next;cur.next.prev = cur.prev;}}cur = cur.next;}System.out.println("没有该元素！");return;}//得到链表的长度public int size(){int count = 0;ListNode cur = head;while(cur != null){count++;cur = cur.next;}return count;}public void display(){ListNode tmp = this.head;while(!(tmp == null)){System.out.print(tmp.val+" ");tmp = tmp.next;}}public void clear(){ListNode cur = head;while(cur != null){ListNode curNext = cur.next;cur.prev = null;cur.next = null;cur = curNext;}head = null;last = null;}
}

LinkedList 的使用

什么是LinkedList

LinkedList的底层是双向链表结构(链表后面介绍)，由于链表没有将元素存储在连续的空间中，元素存储在单独的节点中，然后通过引用将节点连接起来了，因此在在任意位置插入或者删除元素时，不需要搬移元素，效率比较高。

在集合框架中，LinkedList也实现了List接口，具体如下：

注意：

1. LinkedList实现了List接口
2. LinkedList的底层使用了双向链表
3. LinkedList没有实现RandomAccess接口，因此LinkedList不支持随机访问
4. LinkedList的任意位置插入和删除元素时效率比较高，时间复杂度为O(1)
5. LinkedList比较适合任意位置插入的场景

LinkedList 的构造方法

public class Main {public static void main(String[] args) {List<Integer> list1 = new LinkedList<>();//无参构造List<Integer> list2 = new LinkedList<>();list2.add(1);list2.add(2);list2.add(3);List<Integer> list3 = new LinkedList<>(list2);//使用其他集合容器中元素构造Listlist3.add(4);System.out.println(list3);}
}

LinkedList 常用方法介绍

插入节点

public class Main {public static void main(String[] args) {List<Integer> list1 = new LinkedList<>();list1.add(5);list1.add(6);List<Integer> list2 = new LinkedList<>();list2.add(1);//尾插list2.add(2);list2.add(3);list2.add(1,4);//在指定位置插入节点list2.addAll(list1);//尾插其他容器中的所有节点System.out.println(list2);}
}

删除节点：

public class Main {public static void main(String[] args) {List<Integer> list2 = new LinkedList<>();list2.add(1);list2.add(2);list2.add(3);list2.remove(1);//删除指定位置的节点list2.remove(new Integer(3));//删除指定元素的节点System.out.println(list2);}
}

获取指定位置的元素：

public class Main {public static void main(String[] args) {List<Integer> list2 = new LinkedList<>();list2.add(1);list2.add(2);list2.add(3);System.out.println(list2.get(1));}
}

更新指定位置的元素：

public class Main {public static void main(String[] args) {List<Integer> list2 = new LinkedList<>();list2.add(1);list2.add(2);list2.add(3);list2.set(1,4);System.out.println(list2);}
}

判断指定元素是否在链表中：

public class Main {public static void main(String[] args) {List<Integer> list2 = new LinkedList<>();list2.add(1);list2.add(2);list2.add(3);System.out.println(list2.contains(new Integer(2)));}
}

截取部分 list

public class Main {public static void main(String[] args) {List<Integer> list2 = new LinkedList<>();list2.add(1);list2.add(2);list2.add(3);System.out.println(list2.subList(0,2));}
}