數據結構（4）：鏈表的原理和實現
上、簡單的單端鏈表
完整代碼向下拉java
鏈表是一種經常使用的數據結構，在插入和移除操做中有着優秀的表現，同爲數據結構的數組哭暈，其實數組的訪問效率比鏈表高多了有木有。數組
咱們先看一下鏈表的樣子數據結構
有同窗可能要說了，這不就是咱們生活中的交通工具——火車，沒錯鏈表的結構和下圖簡直就是一個模子刻出來的。(咳咳，忽略這靈魂的畫法)工具
經過火車示意圖能夠觀察到，火車由火車頭和n節車箱組成，每節車箱都與下一節車箱相連，能理解這句話，鏈表你就掌握一半了。性能
以小學掌握的物品分類知識來對上圖進行面向對象抽象，火車總體能夠認爲是鏈表，火車又由車箱組成的，一樣能夠理解鏈表是由節點組成的，鏈表起到了組合節點的做用。this
一、建立節點(車箱)
車箱都有哪些特色呢？車箱能存放物品，車箱與下一節車箱相連。spa
public class Node {
public Object data;//存放的數據
public Node next;//指向下一個節點
public Node(Object value) {
this.data = value;
}
//展現節點數據
public void display() {
System.out.print(data+" ");
}
}
複製代碼
二、建立鏈表（將車箱組合）
在現實中咱們要想查看整個火車由一個十分暴力的方法，那就是找到火車頭，找到火車頭後沿着每節車箱向後查找就能夠完整的查看整輛火車。code
public class LinkList {
private Node first;//第一個節點
}
複製代碼
在代碼中 Node 類已經聲明瞭指向下一個節點的屬性，因此只須要找到第一個節點，調用next屬性便可無限向後查找。cdn
三、判斷鏈表是否爲空
第一個節點爲空即爲鏈表爲空對象
public boolean isEmpty() {
return first == null;
}
複製代碼
四、添加數據到鏈表的頭部
添加數據到鏈表頭部，就是將新節點的next指向原來的首節點，再將新節點標記爲first便可。
public void addFirst(Object value) {
Node newNode = new Node(value);//建立新節點
if (isEmpty()) {
first = newNode;//沒有節點時直接標記爲首節點
} else {
newNode.next = first;//新節點next指向舊的首節點
first = newNode;
}
}
複製代碼
五、移除首節點
並不是真正意義上的移除，而是將first指向first.next的內存地址，而原來的first會被垃圾回收器回收。
public Node removeFirst() {
if (isEmpty()) {
return null;
}
Node tmp = first;
first = first.next;
return tmp;
}
複製代碼
六、查看鏈表
因爲鏈表中的每一個節點都有變量指向下一個節點，全部可使用循環遞進獲取下一個節點實現遍歷的效果。
public void display() {
Node current = first;//先從首節點開始
while (current != null) {
current.display();//節點不爲空，則打印該節點信息
current = current.next;//獲取當前節點的下個節點從新放入current中
System.out.println();
}
}
複製代碼
七、根據值查找鏈表中的節點
須要遍歷節點，將每一個節點的值都與要查找的值進行比對，若是值不相等就一直循環，直到最後一個節點爲空時表示沒有查到。
public Node find(Object value) {
if (isEmpty()) {
return null;
}
Node current = first;
while (current.data != value) {
if (current.next==null){
return null;
}
current = current.next;
}
return current;
}
複製代碼
八、根據值移除節點
移除時一樣遍歷全部節點，但要保存查到節點的以前節點(previous)，若是查到的節點是第一個節點，直接移除第一個，不然就將前一個節點指向要移除節點的下一個。
public Node remove(Object value){
if (isEmpty()) {
return null;
}
Node current = first;
Node previous = first;
while (current.data != value) {
if (current.next==null){
return null;
}
previous = current;
current = current.next;
}
if (current==first){
removeFirst();
}else{
previous.next=current.next;
}
return current;
}
複製代碼
九、完整代碼
public class LinkList {
private Node first;//第一個節點
public void addFirst(Object value) {
Node newNode = new Node(value);//建立新節點
if (isEmpty()) {
first = newNode;//沒有節點時直接標記爲首節點
} else {
newNode.next = first;//新節點next指向舊的首節點
first = newNode;
}
}
public Node removeFirst() {
if (isEmpty()) {
return null;
}
Node tmp = first;
first = first.next;
return tmp;
}
public void display() {
Node current = first;//先從首節點開始
while (current != null) {
current.display();//節點不爲空，則打印該節點信息
current = current.next;//獲取當前節點的下個節點從新放入current中
System.out.println();
}
}
public Node find(Object value) {
if (isEmpty()) {
return null;
}
Node current = first;
while (current.data != value) {
if (current.next==null){
return null;
}
current = current.next;
}
return current;
}
public Node remove(Object value){
if (isEmpty()) {
return null;
}
Node current = first;
Node previous = first;
while (current.data != value) {
if (current.next==null){
return null;
}
previous = current;
current = current.next;
}
if (current==first){
removeFirst();
}else{
previous.next=current.next;
}
return current;
}
public boolean isEmpty() {
return first == null;
}
public static void main(String[] args) {
LinkList linkList = new LinkList();
linkList.addFirst("a");
linkList.addFirst("b");
System.out.println("-0---");
linkList.remove("a");
linkList.display();
}
public class Node {
public Object data;//存放的數據
public Node next;//指向下一個節點
public Node(Object value) {
this.data = value;
}
//展現節點數據
public void display() {
System.out.print(data+" ");
}
}
}
複製代碼
單端鏈表仍是有一些不足，好比咱們要操做最後一個節點須要遍歷整個鏈表，下一節我們實現雙端鏈表，提升操做最後一個節點的效率。
中、操做更簡單的雙端鏈表
上節文章中我們瞭解了鏈表的結構及原理，可是還有些美中不足的地方，就是沒法快速的訪問鏈表中的最後一個節點。 在這節文章中我們來解決這個問題，一塊兒來吧。
首先先看如何快速訪問尾節點，其實這個能夠經過一個變量指向尾節點，在作插入、刪除時更新尾節點便可。
一、建立節點
節點用於存儲數據和下一個節點相連
public class Node {
public Object data;//存放的數據
public Node next;//指向下一個節點
public Node(Object value) {
this.data = value;
}
//展現節點數據
public void display() {
System.out.print(data + " ");
}
}
複製代碼
二、建立鏈表
操做節點和指向首尾兩個節點
public class DoubleEndLinkList {
private Node first;//第一個節點
private Node last;//最後一個節點
}
複製代碼
三、向前添加節點
若是加入的節點是第一個節點，這個節點是首節點同時也是尾節點。若是已經有節點則讓新節點指向原來的首節點，讓首節點指向新節點。
public void addFirst(Object value) {
Node newNode = new Node(value);
if (isEmpty()) {
//若是爲空，尾節點指向此節點
last = newNode;
}
//更替新節點
newNode.next = first;
first = newNode;
}
複製代碼
四、向後添加節點
和向前添加相反，由於鏈表中last始終指向最後一個節點，因此操做last節點。
public void addLast(Object value) {
Node newNode = new Node(value);
if (isEmpty()) {
//若是爲空，首節點和尾節點指向此節點
first = newNode;
last = newNode;
return;
}
//更替尾節點
last.next = newNode;
last = newNode;
}
複製代碼
五、移除首節點
移除首節點時將首節點的下一個節點標記爲首節點便可，直到首節點與尾節點相同時(這時也意味這隻剩一個節點)再也不須要輪替，直接將首尾節點設置爲null。
public Node removeFirst() {
if (isEmpty()) {
return null;
}
Node tmp = first;
//僅剩一個節點時
if (first == last) {
first = null;
last = null;
return tmp;
}
//不管有多少個節點都會輪替到first==last
first = first.next;
return tmp;
}
複製代碼
六、完整代碼
package com.jikedaquan.datastruct;
public class DoubleEndLinkList {
private Node first;//第一個節點
private Node last;//最後一個節點
public void addFirst(Object value) {
Node newNode = new Node(value);
if (isEmpty()) {
//若是爲空，尾節點指向此節點
last = newNode;
}
//更替新節點
newNode.next = first;
first = newNode;
}
public void addLast(Object value) {
Node newNode = new Node(value);
if (isEmpty()) {
//若是爲空，首節點和尾節點指向此節點
first = newNode;
last = newNode;
return;
}
//更替尾節點
last.next = newNode;
last = newNode;
}
public Node removeFirst() {
if (isEmpty()) {
return null;
}
Node tmp = first;
//僅剩一個節點時
if (first == last) {
first = null;
last = null;
return tmp;
}
//不管有多少個節點都會輪替到first==last
first = first.next;
return tmp;
}
public void display() {
Node current = first;//先從首節點開始
while (current != null) {
current.display();//節點不爲空，則打印該節點信息
current = current.next;//獲取當前節點的下個節點從新放入current中
System.out.println();
}
}
public boolean isEmpty() {
return first == null;
}
public static void main(String[] args) {
DoubleEndLinkList linkList = new DoubleEndLinkList();
linkList.addLast("e");
linkList.addFirst("a");
linkList.addFirst("b");
linkList.removeFirst();
linkList.removeFirst();
linkList.removeFirst();
linkList.display();
System.out.println("-0---");
linkList.addLast("c");
linkList.addFirst("1");
linkList.display();
System.out.println("-0---");
linkList.removeFirst();
linkList.removeFirst();
linkList.addLast(9);
linkList.display();
System.out.println("-0---");
linkList.display();
}
public class Node {
public Object data;//存放的數據
public Node next;//指向下一個節點
public Node(Object value) {
this.data = value;
}
//展現節點數據
public void display() {
System.out.print(data + " ");
}
}
}
複製代碼
雙端鏈表能同時向首尾添加新元素，用雙端鏈表實現隊列也成爲了可能(比用數組實現效率更高)，可是如何快速移除最後一個元素(由於不能快速的追溯以前的元素)成爲了一個新難題，請看下一節 雙向鏈表！
下、方便高效的雙向鏈表
單向鏈表每一個節點指向下一個節點，而雙向鏈表是指每一個節點還指向了前一個節點。這樣作的好處是能夠快速的移除最後一個元素。
一、保存數據的節點
節點除了指向下一個節點還要指向前一個節點
public class Node {
public Object data;//存放的數據
public Node previous;//指向前一個節點
public Node next;//指向下一個節點
public Node(Object value) {
this.data = value;
}
//展現節點數據
public void display() {
System.out.print(data + " ");
}
}
複製代碼
二、建立鏈表指向首元素和尾元素
public class TwoWayLinkList {
private Node first;
private Node last;
}
複製代碼
三、向前添加元素
考慮到鏈表爲空時，首元素和尾元素均指向新元素。
public void addFirst(Object value) {
Node newNode = new Node(value);
if (isEmpty()) {
last = newNode;
first = newNode;
return;
}
//新首元素指向舊首元素
newNode.next = first;
//舊首元素的前一個指向新首元素
first.previous = newNode;
//更替首元素
first = newNode;
}
複製代碼
四、向後添加元素
因爲是雙向的，因此以前的引用和以後的引用都要更新
public void addLast(Object value) {
Node newNode = new Node(value);
if (isEmpty()) {
first = newNode;
last = newNode;
return;
}
//更替尾元素
newNode.previous = last;
last.next = newNode;
last = newNode;
}
複製代碼
五、移除首元素
若是過已經是最後一個元素，直接將首尾設置爲null，其餘狀況進行輪替。
public Node removeFirst() {
Node removeNode = first;
//若是當前已經是最後一個元素
if (first.next == null) {
first = null;
last = null;
return removeNode;
}
//首元素指向下一個元素
first = first.next;
//將新首元素指向的以前的元素設爲null
first.previous = null;
return removeNode;
}
複製代碼
六、移除尾元素
和移除首元素相似
public Node removeLast() {
Node removeNode = last;
if (last.previous == null) {
first = null;
last = null;
return null;
}
//尾元素指向舊尾元素以前的元素
last = last.previous;
//將新尾元素的下一個元素設爲null
last.next = null;
return removeNode;
}
複製代碼
七、根據值移除節點
從第一個元素開始遍歷，若是值不相同就一直遍歷，沒有元素匹配返回null，有元素相同時將以前的元素指向當前元素的下一個，將當前元素下一個指向前一個。
public Node remove(Object value) {
if (isEmpty()){
return null;
}
Node current = first;
while (current.data != value) {
if (current.next == null) {
return null;
}
current = current.next;
}
current.previous.next = current.next;
current.next.previous = current.previous;
return current;
}
複製代碼
八、完整代碼
package com.jikedaquan.datastruct;
public class TwoWayLinkList {
private Node first;
private Node last;
public void addFirst(Object value) {
Node newNode = new Node(value);
if (isEmpty()) {
last = newNode;
first = newNode;
return;
}
//新首元素指向舊首元素
newNode.next = first;
//舊首元素的前一個指向新首元素
first.previous = newNode;
//更替首元素
first = newNode;
}
public void addLast(Object value) {
Node newNode = new Node(value);
if (isEmpty()) {
first = newNode;
last = newNode;
return;
}
//更替尾元素
newNode.previous = last;
last.next = newNode;
last = newNode;
}
public Node removeFirst() {
Node removeNode = first;
//若是當前已經是最後一個元素
if (first.next == null) {
first = null;
last = null;
return removeNode;
}
//首元素指向下一個元素
first = first.next;
//將新首元素指向的以前的元素設爲null
first.previous = null;
return removeNode;
}
public Node removeLast() {
Node removeNode = last;
if (last.previous == null) {
first = null;
last = null;
return null;
}
//尾元素指向舊尾元素以前的元素
last = last.previous;
//將新尾元素的下一個元素設爲null
last.next = null;
return removeNode;
}
public Node remove(Object value) {
if (isEmpty()){
return null;
}
Node current = first;
while (current.data != value) {
if (current.next == null) {
return null;
}
current = current.next;
}
current.previous.next = current.next;
current.next.previous = current.previous;
return current;
}
public boolean isEmpty() {
return first == null;
}
public void display() {
Node current = first;//先從首節點開始
while (current != null) {
current.display();//節點不爲空，則打印該節點信息
current = current.next;//獲取當前節點的下個節點從新放入current中
}
System.out.println();
}
public static void main(String[] args) {
TwoWayLinkList linkList = new TwoWayLinkList();
linkList.addFirst("b");
linkList.addFirst("a");
linkList.display();
System.out.println("======");
while (!linkList.isEmpty()) {
linkList.removeFirst();
linkList.display();
}
System.out.println("======");
linkList.addLast("c");
linkList.addLast("d");
linkList.display();
System.out.println("======");
while (!linkList.isEmpty()) {
linkList.removeLast();
linkList.display();
}
System.out.println("======");
linkList.addFirst("e");
linkList.addLast("f");
linkList.addLast("g");
linkList.display();
System.out.println("======");
linkList.remove("f");
System.out.println("======");
linkList.display();
}
public class Node {
public Object data;//存放的數據
public Node previous;//指向前一個節點
public Node next;//指向下一個節點
public Node(Object value) {
this.data = value;
}
//展現節點數據
public void display() {
System.out.print(data + " ");
}
}
}
複製代碼
九、總結
鏈表是節點中經過變量指向前一個節點和下一個節點實現了相連，鏈表在移除節點、首尾添加節點有着優越的性能，時間複雜度O(1)。數組在作同等操做須要O(n)，但在訪問元素上優於鏈表，空間複雜度也小於鏈表，應在不一樣的場景選用不一樣的結構。 固然這些數據結構也不須要咱們去實現的，java語言中已經有對應的實現。
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- 8. nvm安裝使用低版本node.js(非命令安裝)
- 9. 如何快速轉換圖片格式
- 10. 將表格內容分條轉換爲若干文檔
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