• 【JAVA】LinkedList与链表（Part1）

    LinkedList与链表

    重要！

    努力不一定成功 但是不努力一定不会成功！

    学习链表一定要画图！！！！

    加油呀！每天进步一点点

    一、ArrayList的缺陷

    ArrayList的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。
    so：java集合中又引入了LinkedList，即链表结构。

    • 小结：ArrayList底层是连续空间，插入/删除元素时时间复杂度为O(n)。

    二、链表

    1. 链表的概念及结构

    1. 数据元素之间以链式的方式进行存储，物理存储上不一定是紧挨在一起的。
    2. 链表：物理上不一定连续，但是逻辑上一定是连续的。
    3. 注意：
    • 顺序表在逻辑上是连续的，在物理上也是连续的。
      （底层是数组）
    • 链表在物理上不一定连续，但是逻辑上连续。
    1. 书面概念：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 。
    2. 有8种链表结构，主要学习掌握两种就行。
      （8种链表结构就是以下3个任意组合：单向和双向、带头和不带头、循环和非循环）
    • 单向不带头非循环（考试重点）：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。另外这种结构在笔试面试中出现很多。
    • 双向不带头非循环（LinkedList底层是这样子的）
    1. 带头和不带头的区别：带头的会永远标识头结点的位置（不变）；不带头的会随结点的值是否存在而改变。
    2. 定义结点时常用的变量：
    • val：当前结点的值 next：下一结点的地址
    • head：存第一个结点的地址
    • 定义类型Node：含有变量val、next

    2. 链表的实现（无头单向非循环）

    （此时所写的是无头单向非循环的链表的实现）

    1. 代码主要关注点：
    1. 头插法：时间复杂度O(1)
      头插法：修改头结点的指向：node.next=head; head = node;即：先绑住后面！
    2. 尾插时间复杂度O(N)
      尾插法：头节点是否为空的判断
    3. 自定义类型的值是地址！！ -Node是自定义类型，所以在用该类型变量直接赋值时赋值的是变量的地址！
    4. 链表的遍历：head = head.next;
      while(this.head != null)
      // 最好加this
      // 一般定义一个局部/临时变量，让局部变量动而head不动！
    5. 位置插入：判断是否为头尾插，如果不是则找到插入前元素，指向要插入的元素地址，然后再指向原本的地址节点
      此时写一个方法进行前一个结点的下标的寻找，并返回该结点
    6. 删除第一次出现key的节点：找到该结点，并且该节点的前一节点直接指向后一节点
      写一个方法找到关键字key的前驱：cur = this.head; 然后进行循环；
      考虑头结点即要删除的节点的情况
    7. 删除所有值为key的节点：在头结点不是null的条件下设置两个结点：cur=head.next; prev=head; （如果是null就直接进行return）
      if(cur.val==key) prev=cur.next; cur=cur.next;
      else prev=cur; cur=cur.next;
      但是这些都在一个while循环中进行实现的while(cur!=null)
      单独处理头结点问题（注意一定要放到最后！！！
      不然会存在改变后的头结点依旧是key值的问题）:
      即如果头结点就是key
      注意一个：Node node= new Node(-1); // 注意该
      方法插入属于头插还是尾插
    1. 代码如下：
    • Node.java
    public class Node {
    public int val; // 存储实际值
    public Node next; // 存储下一个结点的地址 是自定义类型！！！（因为赋值时赋值的是结点

    // 创建一个构造方法
    public Node(int val) {
        this.val = val;
    }
}

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    • IndexException.java
    public class IndexException extends RuntimeException { // 非受检异常

    public IndexException() {
    }

    public IndexException(String message) {
        super(message);
    }
}

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    • SingleLinkedList.java
    // 无头单向非循环链表模拟实现

// 注意 任意位置插入（√）、清空操作 以及 删除关键字（单个√）、（all√）

// 1、无头单向非循环链表实现
public class SingleLinkedList {
    public Node head; // 定义头结点

    public void createList() {
        //通过穷举的方式 创建一个链表出来
        Node node1 = new Node(8);
        Node node2 = new Node(2);
        Node node3 = new Node(1998);
        node1.next=node2;
        node2.next=node3;
        head = node1;  //注意该赋值方式：相当于把next赋值，赋值后指向node1，但是val不赋值，默认值just
    }


    //头插法: 时间复杂度O(1)
    // 头插法：修改头结点的指向：node.next=head;  head = node;即：先绑住后面！
    public void addFirst(int data) {
        // 首先进行新数据的节点创建
        Node node = new Node(data);
        node.next = this.head;
        this.head = node; // 注意一定要写这一步！！ 头结点完成变换！！
    }


    //尾插法：尾插时间复杂度O(N)
    // 尾插法需要进行头结点是否为null的判断
    public void addLast(int data) {
        // 首先进行新数据的节点创建
        Node node = new Node(data);
        if(this.head == null) {
            head = node;  //注意此处是否正确
            return ;
        } else {
            Node cur = this.head;  // 要创建临时变量，保持头结点位置不变！！!
            while(cur.next != null) { //cur.next==null：指向最后一个结点位置
                cur = cur.next;
            }
            cur.next = node;
        }
    }

    // 检查下标是否合法
    // 错误示范：返回类型！！ 实际应该不返回，下标不合法则抛出异常
    /*private boolean checkIndex(int index) {
    }*/

    private void checkIndex(int index) {
        if(index<0 || index>size()) { // 此时可以等于把长度是因为增加节点可以到该长度！
            throw new IndexException("sorry 下标不合法！");
        }
    }

    // 拿到index之前的结点-写一个方法找到 index-1 位置上的节点：需要走index-1次就可以走到index-1位置
    private Node findIndexOfPre(int index) {
        Node cur = this.head;
        while(index-1 !=0) {
            cur = cur.next;
            // 一定要注意循环条件的改变！！
            index--;
        }
        // 出来就说明已经循环拿到了想要的值
        return cur;
    }


    //任意位置插入,第一个数据节点为0号下标
    public boolean addIndex(int index,int data) {
        // 首先要检查下标是否合法
        checkIndex(index);
        Node node = new Node(data);
        // 如果是0，则进行头插
        if(index==0) {
            addFirst(data);
            return true;
        } else if(index==size()) {
            // 如果是长度，则进行尾插
            addLast(data);
            return true;
        } else {
            // 其他则进行另外方法:注意怎么拿到index-1位置的节点--写一个方法
            Node cur = findIndexOfPre(index);
            node.next = cur.next;
            cur.next = node;
            return true;
        }

        // 再有一种方法是直接插入到cur走到的位置，最后再将前驱val和其值进行互换
    }


    //查找是否包含关键字key是否在单链表当中
    public boolean contains(int key) {
        // 进行遍历：
        Node cur = this.head;

        // 该方法比较麻烦！
        /*// 必须满足以下两个条件！！
        if(cur == null) { //是否为空的判断
            return false;
        }
        // 注意判断相等，则如直接相等就返回true
        while (cur.val != key && cur != null) {
            cur = cur.next;
        }
        if(cur.val == key) {
            return true;
        } else {
            return false;
        }*/

        // 以下为更加简便的修改！
        while (cur != null) {
            while (cur.val == key) {
                return true;
            }
            // 出来就是不等
            cur = cur.next;
        }
        // 再出来就是有两种情况：==null 以及！=key
        return false;
    }

    // 写一个方法找到前一个结点:注意该方法的书写！！
    private Node preNodeOfKey (int key){
        /*Node cur = this.head;
        Node pre = cur;
        // 这里的循环条件错误！！
        while(cur != null) {
            while(cur.val != key) { //这里循环条件也错误！！！
                cur = cur.next;
                pre = cur;
            }
            // 出来则等于key
            cur = cur.next;
        }
        return pre;*/

        // 正确方法如下：
        Node cur = this.head;
        // 循环条件是只到最后一个结点，并不需要遍历完all！！
        // 就算是删除最后一个结点，也只需要遍历到倒数第二个结点就行！
        // 头节点之前是没有之前节点的，所以此时不用单独考虑头节点的问题
        while(cur.next != null) { // 注意循环条件
            while(cur.next.val==key) { // 注意这里的循环条件：因为头节点单独处理
                return cur;
            }
            // 跳出则说明不相等，不相等就进行条件的变换
            cur = cur.next;
        }
        return cur;
    }


    //删除第一次出现关键字为key的节点
    public void remove(int key) {
        // 以下是错误代码！！
        /*Node cur = this.head;

        // 写一个方法区找到前一个结点
        Node pre = preNodeOfKey(key);

        // 这里有点儿问题！！
        // 找到cur：cur = pre.next;
        pre.next = pre.next.next;
        cur = pre.next;*/

        // 改正：
        // 另外情况处理：头节点如果就是所找的要删除的节点的情况
        if(head.val == key) {
            this.head = head.next;
            return ;  // 不能忘记return； ！！
        }

        Node cur = preNodeOfKey(key);
        // 要进行判断！！！是否为null
        if(cur == null) {
            return ;
        }
        Node del =cur.next;  // 注意此处写法！！
        cur.next = del.next;
        // 或者： cur.next = cur.next.next;

    }


    //删除所有值为key的节点
    // 注意写法！！画图分析！！
    public void removeAllKey(int key) {
       // 进来首先进行头结点是否为空的判断！！
        if(this.head == null) {
            return;
        }
        
        // 需要一个循环:把整个链表都遍历完
        Node pre = this.head;
        Node cur = this.head.next;
        while (cur != null) {
            if(cur.val == key) {
                pre.next = cur.next;
                cur = cur.next;
            } else {
                pre = cur;
                cur = cur.next;
            }
        }
        // 单独处理头节点的问题，刚刚没有处理头节点问题！！
        if(this.head.val == key) { // 注意是if，不用while循环，因为上面已经处理了所有头结点之后的节点
            this.head = head.next;
        }
        // 注意把头结点的处理放在最后！！：因为如果是从头结点开始连续存在要删除的key值，头结点将会变换至下一个key，也就是会一直保留一个key在头结点位置

        /*// 另一种方法是 创建一个新的头节点！！
        Node head1 = new Node(-1); // 随便存一个值就行
        head1.next = this.head;
        head = head1; // 注意此处的修改！
        // 然后进行遍历处理（不用单独考虑头结点）--上面方法
        Node pre = head;
        Node cur = head.next;
        while (cur != null) {
            if(cur.val == key) {
                pre.next = cur.next;
                cur = cur.next;
            } else {
                pre = cur;
                cur = cur.next;
            }
        }
        head = head.next;  // 注意要将头结点的位置进行变换！！*/

    }

    //得到单链表的长度
    public int size() {
        // 进行链表遍历：直至cur==null则表明遍历完成
        Node cur = this.head;
        int count =0;
        while(cur != null) {
            count++;
            cur = cur.next;
        }
        return count;
    }

    // 打印链表（全部打印）
    public void display() {
        // 循环判断是否为空null

        // 错误代码：
        /*Node head = this.head;  // 注意一定要首先进行变量创建以及赋值
        while(head != null) {
            Node curNode = head.next;
            System.out.print(curNode.val +" ");
            head = head.next;
        }*/

        // 画图判断修改！！
        Node curNode = this.head;
        while(curNode != null) { // curNode==null时 说明遍历完链表
            System.out.print(curNode.val+" ");
            curNode = curNode.next;
        }
        System.out.println();
    }

    // 重写（指定位置开始打印）
    public void display(Node node) {
        Node curNode = node; // 注意看赋值是否正确！！
        while(curNode != null) { // curNode==null时 说明遍历完链表
            System.out.print(curNode.val+" ");
            curNode = curNode.next;
        }
        System.out.println();
    }

    // 清空：去掉所有的连接地址-null
    // 目前的问题代码！！！
    public void clear() {
        // 使用头连接指向置空：则无人引用--直接粗暴型！
        System.out.println("使用头连接指向置空：");
        /*Node head = this.head;
        head.next = null;*/
        /// 改：直接将头结点置空！！ 而不是将next置空！！
        this.head = null;


       // 完全置空：先拴住后面，再进行置空
        System.out.println("完全置空：先拴住后面，再进行置空:");

       /* Node head1 = this.head;
        while(head1 != null) {
            Node cur = head1; // 此处错误！！
            head1 = head1.next;
            cur = null;
        }*/

        // 修改：
        Node cur = this.head;
        while(cur != null) {
            Node curNext = cur.next;
            cur.next = null; // 此处又进行区分：是将指向置空！
            cur = curNext;
        }
        // 注意此处：将头结点指向置空之后，头结点的val依旧有保存值，打印时依旧会进行打印，要把头结点也置空
        this.head = null;
    }

}

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    • Main.java
    public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
        System.out.println("使用穷举法进行链表创建：");
        singleLinkedList.createList();
        System.out.println("进行完全打印：");
        singleLinkedList.display();
        System.out.println("头插法插入：");
        singleLinkedList.addFirst(1998);
        singleLinkedList.display();
        System.out.println("尾插法插入：");
        singleLinkedList.addLast(725);
        singleLinkedList.display();
        System.out.println("计算链表长度：");
        System.out.println(singleLinkedList.size());
        System.out.println("位置插入：");
        singleLinkedList.addIndex(2,1998);
        singleLinkedList.display();
        System.out.println("判断链表是否包含关键字key：");
        System.out.println(singleLinkedList.contains(8));
        System.out.println("删除首次关键字key：");
        singleLinkedList.remove(1998);
        singleLinkedList.display();
        System.out.println("删除所有出现的关键字key:");
        singleLinkedList.removeAllKey(1998);
        singleLinkedList.display();
        System.out.println("进行链表清空：");
        singleLinkedList.clear();
        singleLinkedList.display();
    }
}

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    三、链表面试题

    该part一共有11个面试题，具体答案见：链表面试题

    1. 删除链表中等于给定值 val 的所有节点。 移除链表元素

    2. 反转一个单链表。反转链表

    3. 给定一个带有头结点 head 的非空单链表，返回链表的中间结点。如果有两个中间结点，则返回第二个中间结
      点。链表的中间结点

    4. 输入一个链表，输出该链表中倒数第k个结点。链表中倒数第k个结点

    5. 将两个有序链表合并为一个新的有序链表并返回。新链表是通过拼接给定的两个链表的所有节点组成的。合并两个有序链表

    6. 编写代码，以给定值x为基准将链表分割成两部分，所有小于x的结点排在大于或等于x的结点之前 。链表分割

    7. 链表的回文结构。链表的回文结构

    8. 输入两个链表，找出它们的第一个公共结点。相交链表

    9. 给定一个链表，判断链表中是否有环。环形链表

    10. 给定一个链表，返回链表开始入环的第一个节点。 如果链表无环，则返回 NULL。环形链表II

    11. 其他练习可以去 牛客 或力扣 自己练习。力扣链表 + 牛客网

    THINK

    1. 无头单向非循环的模拟实现
    2. 无头单向非循环的面试题（注意 快慢结点的使用）
    3. 顺序表与链表（顺序表是物理与逻辑均连续，链表只有逻辑连续； 链表是通过引用链接次序来实现逻辑顺序的）
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  • 原文地址：https://blog.csdn.net/weixin_54150521/article/details/126114583