看得見的數據結構Android版之單鏈表篇

時間  2019-11-07
標籤 看得見 數據 結構 android 鏈表 欄目 Android 简体版
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零、前言

1.前面用數組實現了表結構,也分析了數組表的侷限性(頭部修改困難)
2.今天來說另外一種數據結構：單鏈表，它是一種最簡單的動態數據結構
3.鏈表有點像火車，一節拴着一節,想要在某節後加一節，打開鏈接處，再拴上就好了
4.本例操做演示源碼：但願你能夠和我在Github一同見證：DS4Android的誕生與成長，歡迎starnode

1.留圖鎮樓：單鏈表的最終實現的操做效果:

單鏈表操做合集.gif

2.對於單鏈表簡介：
單鏈表是對節點(Node)的操做，而節點(Node)又承載數據(T)  
總的來看，單鏈表經過操做節點(Node)從而操做數據(T)，就像車箱運送獲取，車箱只是載體，貨物是咱們最關注

Node只不過是一個輔助工具，並不會暴露在外。它與數據相對應，又使數據按鏈式排布，
操縱節點也就等於操縱數據，就像提線木偶，並非直接操做木偶的各個肢體自己(數據T)。

爲了統一節點的操做，一般在鏈表最前面添加一個虛擬頭結點(避免對頭部單獨判斷)
複製代碼

一個鏈表.png

注意：單鏈表的實際使用場景並很少，由於有比他更厲害的雙鏈表
在某些特定場景，好比只是頻繁對頭結點進行操做，單鏈表最佳，
單鏈表的講解爲雙鏈表作鋪墊，直接講雙鏈表肯跨度有點大。做爲數據結構之一，仍是要不要了解一下。git

3.單鏈表的實現：本文要務

單鏈表實現表結構.png

1、單鏈表結構的實現：SingleLinkedChart

1.表的接口定義在數組表篇，這裏就不貼了

這裏給出實現接口後的SingleLinkedChart以及簡單方法的實現github

/**
 * 做者：張風捷特烈<br/>
 * 時間：2018/11/22 0022:15:36<br/>
 * 郵箱：1981462002@qq.com<br/>
 * 說明：單鏈表實現表結構
 */
public class SingleLinkedChart<T> implements IChart<T> {
    private Node headNode;//虛擬頭結點
    private int size;//元素個數

    public SingleLinkedChart() {
        headNode = new Node(null, null);
        size = 0;
    }
    
    @Override
    public void add(int index, T el) {
    }

    @Override//默認添加到頭部
    public void add(T el) {
        add(0, el);
    }

    @Override//默認刪除頭部
    public T remove(int index) {
        return null;
    }

    @Override
    public T remove() {
        return remove(0);
    }

    @Override
    public int removeEl(T el) {
        return 0;
    }

    @Override
    public boolean removeEls(T el) {
        return false;
    }

    @Override
    public void clear() {
        headNode = new Node(null, null);
        size = 0;
    }

    @Override
    public T set(int index, T el) {
      return null;
    }

    @Override
    public T get(int index) {
         return null;
    }

    @Override
    public int[] getIndex(T el) {
        return null;
    }

    @Override
    public boolean contains(T el) {
        return getIndex(el).length != 0;
    }

    @Override
    public IChart<T> contact(IChart<T> iChart) {
        return null;
    }

    @Override
    public IChart<T> contact(int index, IChart<T> iChart) {
        return null;
    }

    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    @Override
    public int size() {
        return size;
    }

    @Override
    public int capacity() {
        return size;
    }
複製代碼
2.單鏈節點類(Node)的設計：

SingleLinkedChart至關於一列火車，暫且按下，先把車箱的關係弄好，最後再拼接列車會很是方便
這裏將Node做爲SingleLinkedChart的一個私有內部類，是爲了隱藏Node，並能使用SingleLinkedChart的資源
就像心臟在身體內部，外面人看不見，但它卻相當重要，而且還能獲取體內的信息與資源
一節車箱，最少要知道里面的貨物(node.T)是什麼,它的下一節車箱(node.next)是哪一個編程

/**
 * 內部私有節點類
 */
private class Node {
    /**
     * 節點數據元素
     */
    private T el;
    /**
     * 下一節點的引用
     */
    private Node next;
    private Node(Node next, T el) {
        this.el = el;
        this.next = next;
    }
}
複製代碼

2、節點(Node)的底層操做(CRUD)----鏈表的心臟

1.查找車箱：

好比你的可視區域就是一節車箱的長度，一開始只能看見火車頭
從火車頭開始，你須要一節一節往下找，也就至關於，列車每次開一節，到你想要的位置，就停下來
這是你就能查看車箱的貨物(get到節點數據)，如何用代碼來模擬呢?canvas

單鏈表查詢.png 

/**
 * 根據索引尋找節點
 *
 * @param index 索引
 * @return 節點
 */
private Node getNode(int index) {
    //聲明目標節點
    Node targetNode = headNode;
    for (int i = 0; i < index; i++) {//火車運動驅動源
        //一節一節走，直到index
        targetNode = targetNode.next;
    }
    return targetNode;
}
複製代碼

能夠檢測一下：index=0時，targetNode = targetNode.next 執行1次，也就得到了T0車箱
index=1時，targetNode = targetNode.next 執行2次，也就得到了T1車箱...數組

2.定點插入

仍是想下火車頭：想在2號車箱(target)和1號車箱之間插入一節T4車箱怎麼辦?
第一步：找到2號車箱的前一節車箱--1號廂(target-1)
第二步：將1號廂(target-1)的鏈子(next)栓到T4車箱上，再把T4的鏈子栓到2號車箱(target)bash

節點插入.png 

/**
 * 在指定鏈表前添加節點
 *
 * @param index 索引
 * @param el    數據
 */
private void addNode(int index, T el) {
    Node preTarget = getNode(index - 1);//獲取前一節車箱
    //新建節點,同時下一節點指向target的下一節點--
    //這裏有點繞,分析一下:例子：2號車箱和1號車箱之間插入一節T4車箱
    //preTarget：1號車箱   preTarget.next：2號車箱
    //T4車箱:new Node(preTarget.next, el)---建立時就把鏈子拴在了：preTarget.next：2號車箱
    Node tNode = new Node(preTarget.next, el);
    //preTarget的next指向tNode--- 1號車箱栓到T4車箱
    preTarget.next = tNode;
    size++;
}
複製代碼
3.定點修改

你要把車箱的貨物換一下，這還不簡單，找到車箱，換唄微信

/**
 * 修改節點
 * @param index 節點位置
 * @param el 數據
 * @return 修改後的節點
 */
private Node<T> setNode(int index, T el) {
    Node<T> node = getNode(index);
    node.el = el;
    return node;
}
複製代碼
4.定點移除

要把T1車箱移除：T0和T2手拉手，好朋友，T1被孤立了，把本身的鏈子拿掉，傷心地走開...數據結構

單鏈表刪除.png 

/**
 * 移除指定索引的節點
 *
 * @param index 索引
 * @return 刪除的元素
 */
private T removeNode(int index) {
    Node preTarget = getNode(index - 1);//獲取前一節車箱
    Node target = preTarget.next;//目標車箱
    //前一節車箱的next指向目標車箱下一節點
    preTarget.next = target.next;//T0和T2手拉手
    target.next = null;//T1把本身的鏈子拿掉,傷心地走開...
    size--;
    return target.el;
}
複製代碼

3、節點(Node)的操做完成了，下面拼火車吧(SingleLinkedChart)

感受真正的鏈表就是一個包裝殼，暴漏了操做接口給外界，內部勞苦功高的仍是Node
這種封裝在編程裏很是常見，有些聞名遐邇的類中有不少都是默默無聞的大佬ide

一、定點添加操做--add

可見在選中點的前面添加一個節點
處於單鏈表的特色：頭部添加容易，尾部添加要查詢一遍，因此默認是添加在頭部

定點添加操做.gif 

@Override
public void add(int index, T el) {
    // index能夠取到size，在鏈表末尾空位置添加元素。
    if (index < 0 || index > size) {
        throw new IllegalArgumentException("Add failed. Illegal index");
    }
    addNode(index + 1, el);
    //爲了接口規範,計數從0開始,而鏈表沒有索引概念，只是第幾個,T0被認爲是第一節車箱。
    //好比選中點2---說明是目標是第3節車箱，因此index + 1 =2+1
}
複製代碼
2.定點移除操做--remove

處於單鏈表的特色：頭部刪除容易，尾部刪除要查詢一遍，因此默認是刪除在頭部

定點刪除操做.gif 

@Override
public T remove(int index) {
    if (index < 0 || index > size) {
        throw new IllegalArgumentException("Remove failed. Illegal index");
    }
    return removeNode(index + 1);//同理
}
複製代碼
3.獲取和修改--get和set

get和set操做.gif 

@Override
public T set(int index, T el) {
    if (index < 0 || index > size) {
        throw new IllegalArgumentException("Set failed. Illegal index");
    }
    return setNode(index + 1, el).el;
}

@Override
public T get(int index) {
    if (index < 0 || index > size) {
        throw new IllegalArgumentException("Get failed. Illegal index");
    }
    return getNode(index + 1).el;
}
複製代碼

4、其餘操做

其餘操做.gif

1.是否包含某元素：
@Override
public boolean contains(T el) {
    Node target = headNode;
    while (target.next != null) {
        if (el.equals(target.next)) {
            return true;
        }
    }
    return false;
}
複製代碼
2.根據指定元素獲取匹配索引
@Override
public int[] getIndex(T el) {
    int[] tempArray = new int[size];//臨時數組
    int index = 0;//重複個數
    int count = 0;
    Node node = headNode.next;
    while (node != null) {
        if (el.equals(node.el)) {
            tempArray[index] = -1;
            count++;
        }
        index++;
        node = node.next;
    }
    int[] indexArray = new int[count];//將臨時數組壓縮
    int indexCount = 0;
    for (int i = 0; i < tempArray.length; i++) {
        if (tempArray[i] == -1) {
            indexArray[indexCount] = i;
            indexCount++;
        }
    }
    return indexArray;
}
複製代碼
3.按元素移除：(找到，再刪除...)
@Override
public int removeEl(T el) {
    int[] indexes = getIndex(el);
    int index = -1;
    if (indexes.length > 0) {
        index = indexes[0];
        remove(indexes[0]);
    }
    return index;
}

@Override
public boolean removeEls(T el) {
    int[] indexArray = getIndex(el);
    if (indexArray.length != 0) {
        for (int i = 0; i < indexArray.length; i++) {
            remove(indexArray[i] - i); // 注意-i
        }
        return true;
    }
    return false;
}
複製代碼
4.定點鏈接兩個單鏈表
///////////////只是實現一下，getHeadNode和getLastNode破壞了Node的封裝性，不太好/////////////
@Override
public IChart<T> contact(IChart<T> iChart) {
    return contact(0, iChart);
}

@Override
public IChart<T> contact(int index, IChart<T> iChart) {
    if (!(iChart instanceof SingleLinkedChart)) {
    return null;
    }

    if (index < 0 || index > size) {
        throw new IllegalArgumentException("Contact failed. Illegal index");
    }
    SingleLinkedChart<T> linked = (SingleLinkedChart<T>) iChart;
    Node firstNode = linked.getHeadNode().next;//接入鏈表 頭結點
    Node lastNode = linked.getLastNode();//接入鏈表 尾結點
    Node target = getNode(index + 1);//獲取目標節點
    Node targetNext = target.next;//獲取目標節點的下一節點
    target.next = firstNode;//獲取目標節點的next連到 接入鏈表 頭結點
    lastNode.next = targetNext; //待接入鏈表 尾結點連到 目標節點的下一節點
    return this;
}

public Node getHeadNode() {
    return headNode;
}
public Node getLastNode() {
    return getNode(size);
}
///////////////////////////////////////////////////////////////
複製代碼

5、單鏈表小結：

1.簡單測試
方法\數量 1000 10000 10W 100W 1000W
add首 0.0002秒 0.0009秒 0.0036秒 0.5039秒 3.1596秒
add尾 0.0029秒 0.1096秒 9.1836秒 ---- ----
remove首 0.0001秒 0.0016秒 0.0026秒 0.0299秒 0.1993秒
remove尾 0.0012秒 0.1009秒 8.9750秒 ---- ----
2.優劣分析
優勢：  動態建立，節省空間  
        頭部添加容易  
缺點：  空間上不連續，形成空間碎片化
        查找困難，只能從頭開始一個一個找
使用場景：徹底可用雙鏈表替代，只對前面元素頻繁增刪，單鏈表優點最高。
複製代碼
3.最後把視圖一塊兒說了吧

接口都是相同的，底層實現更換了，並不會影響視圖層，只是把視圖層的單體繪製更改一下就好了。
詳細的繪製方案見這裏

/**
 * 繪製表結構
 *
 * @param canvas
 */
private void dataView(Canvas canvas) {
    mPaint.setColor(Color.BLUE);
    mPaint.setStyle(Paint.Style.FILL);
    mPath.reset();
    for (int i = 0; i < mArrayBoxes.size(); i++) {
        SingleNode box = mArrayBoxes.get(i);
        mPaint.setColor(box.color);
        canvas.drawRoundRect(
                box.x, box.y, box.x + Cons.BOX_WIDTH, box.y + Cons.BOX_HEIGHT,
                BOX_RADIUS, BOX_RADIUS, mPaint);
        mPath.moveTo(box.x, box.y);
        mPath.rCubicTo(Cons.BOX_WIDTH / 2, Cons.BOX_HEIGHT / 2,
                Cons.BOX_WIDTH / 2, Cons.BOX_HEIGHT / 2, Cons.BOX_WIDTH, 0);
        if (i < mArrayBoxes.size() - 1) {
            SingleNode box_next = mArrayBoxes.get(i + 1);
            if (i % 6 == 6 - 1) {//邊界狀況
                mPath.rLineTo(0, Cons.BOX_HEIGHT);
                mPath.rLineTo(-Cons.BOX_WIDTH / 2, 0);
                mPath.lineTo(box_next.x + Cons.BOX_WIDTH / 2f, box_next.y);
                mPath.rLineTo(Cons.ARROW_DX, -Cons.ARROW_DX);
            } else {
                mPath.rLineTo(0, Cons.BOX_HEIGHT / 2f);
                mPath.lineTo(box_next.x, box_next.y + Cons.BOX_HEIGHT / 2f);
                mPath.rLineTo(-Cons.ARROW_DX, -Cons.ARROW_DX);
            }
        }
        canvas.drawPath(mPath, mPathPaint);
        canvas.drawText(box.index + "",
                box.x + Cons.BOX_WIDTH / 2,
                box.y + 3 * OFFSET_OF_TXT_Y, mTxtPaint);
        canvas.drawText(box.data + "",
                box.x + Cons.BOX_WIDTH / 2,
                box.y + Cons.BOX_HEIGHT / 2 + 3 * OFFSET_OF_TXT_Y, mTxtPaint);
    }
}
複製代碼

本系列後續更新連接合集：(動態更新)

後記：捷文規範

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1----本文由張風捷特烈原創,轉載請註明
2----歡迎廣大編程愛好者共同交流
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4----看到這裏，我在此感謝你的喜歡與支持

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