數據結構 第4講 數組、單鏈表和雙鏈表

數組： 數組靜態分配內存，在內存中連續 存儲0,10,20,30,40,的數組的示意圖以下：

數組的優勢: 1.使用方便,查詢效率、 2.隨機訪問性強（經過下標進行快速定位） 數組的缺點: 1.插入和刪除效率低（插入和刪除須要移動數據） 2.可能浪費內存（由於是連續的，因此每次申請數組以前必須規定數組的大小，若是大小不合理，則可能會浪費內存） 3.內存空間要求高，必須有足夠的連續內存空間。 4.數組大小固定，不能動態拓展

鏈表是一系列的存儲數據元素的單元經過指針串接起來造成的,所以 鏈表的優勢: 1.鏈表實現數據元素儲存的順序儲存,是連續的 2.大小沒有固定，拓展很靈活 3.不須要初始化容量，能夠任意加減元素
鏈表的缺點: 1.不能隨機查找，必須從第一個開始遍歷，查找效率低 2.由於含有大量的指針域，佔用空間較大

單鏈表： 鏈表是動態分配內存在內存中不連續，單鏈表只有一個向下的指針，指向下一個節點，單鏈表的定位時間複雜度是O(n)，插入刪除的時間複雜度是O(1)

雙鏈表： 鏈表是動態分配內容在內存中不連續，單雙鏈表一致，雙鏈表有兩個指針header,next ，header指向上一個節點，next指向下一個節點

public class DoubleLink<T> {

    // 表頭
    private Head<T> head;
    // 節點個數
    private int Count;

    // 雙向鏈表"節點"對應的結構體
    private class Head<T> {
        public Head header;
        public Head next;
        public T value;

        public Head(T value, Head header, Head next) {
            this.value = value;
            this.header =header;
            this.next = next;
        }
    }

    // 構造函數
    public DoubleLink() {
        // 建立"表頭"。注意：表頭沒有存儲數據！
        head = new Head<T>(null, null, null);
        head.header = head.next = head;
        // 初始化"節點個數"爲0
        Count = 0;
    }

    // 返回節點數目
    public int size() {
        return Count;
    }

    // 返回鏈表是否爲空
    public boolean isEmpty() {
        return Count==0;
    }

    // 獲取第index位置的節點
    private Head<T> getNode(int index) {
        if (index<0 || index>=Count)
            throw new IndexOutOfBoundsException();

        // 正向查找
        if (index <= Count/2) {
        	Head<T> node = head.next;
            for (int i=0; i<index; i++)
                node = node.next;

            return node;
        }

        // 反向查找
        Head<T> node = head.header;
        int rindex = Count - index -1;
        for (int j=0; j<rindex; j++)
            node = node.header;

        return node;
    }

    // 獲取第index位置的節點的值
    public T get(int index) {
        return getNode(index).value;
    }

    // 獲取第1個節點的值
    public T getFirst() {
        return getNode(0).value;
    }

    // 獲取最後一個節點的值
    public T getLast() {
        return getNode(Count-1).value;
    }

    // 將節點插入到第index位置以前
    public void insert(int index, T t) {
        if (index==0) {
        	Head<T> node = new Head<T>(t, head, head.next);
            head.next.header = node;
            head.next = node;
            Count++;
            return ;
        }

        Head<T> inode = getNode(index);
        Head<T> tnode = new Head<T>(t, inode.header, inode);
        inode.header.next = tnode;
        inode.next = tnode;
        Count++;
        return ;
    }

    // 將節點插入第一個節點處。
    public void insertFirst(T t) {
        insert(0, t);
    }

    // 將節點追加到鏈表的末尾
    public void appendLast(T t) {
    	Head<T> node = new Head<T>(t, head.header, head);
    	head.header.next = node;
    	head.header = node;
        Count++;
    }

    // 刪除index位置的節點
    public void del(int index) {
    	Head<T> inode = getNode(index);
        inode.header.next = inode.next;
        inode.next.header = inode.header;
        inode = null;
        Count--;
    }

    // 刪除第一個節點
    public void deleteFirst() {
        del(0);
    }

    // 刪除最後一個節點
    public void deleteLast() {
        del(Count-1);
    }
}
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public class DlinkTest {

    // 雙向鏈表操做int數據
    private static void inttest() {
        int[] arr = {0,10,20,30};

        System.out.println("\n----inttest----");
        // 建立雙向鏈表
        DoubleLink<Integer> dlink = new DoubleLink<Integer>();

        dlink.insert(0,10);    // 將 30 插入到第一個位置
        dlink.appendLast(20);    // 將 20 追加到鏈表末尾
        dlink.insertFirst(30);    // 將 40 插入到第一個位置

        // 雙向鏈表是否爲空
        System.out.printf("isEmpty()=%b\n", dlink.isEmpty());
        // 雙向鏈表的大小
        System.out.printf("size()=%d\n", dlink.size());

        // 打印出所有的節點
        for (int i=0; i<dlink.size(); i++)
            System.out.println("dlink("+i+")="+ dlink.get(i));
    }


    private static void stringtest() {
        String[] array = {"zero","ten","twenty", "thirty"};

        System.out.println("\n----stringtest----");
        // 建立雙向鏈表
        DoubleLink<String> dlink = new DoubleLink<String>();

        dlink.insert(0, array[1]);    // 將 array中第2個元素 插入到第一個位置
        dlink.appendLast(array[0]);    // 將 array中第1個元素 追加到鏈表末尾
        dlink.insertFirst(array[2]);    // 將 array中第3個元素 插入到第一個位置

        // 雙向鏈表是否爲空
        System.out.printf("isEmpty()=%b\n", dlink.isEmpty());
        // 雙向鏈表的大小
        System.out.printf("size()=%d\n", dlink.size());

        // 打印出所有的節點
        for (int i=0; i<dlink.size(); i++)
            System.out.println("dlink("+i+")="+ dlink.get(i));
    }


    // 內部類
    private static class Student {
        private int id;
        private String name;

        public Student(int id, String name) {
            this.id = id;
            this.name = name;
        }

        @Override
        public String toString() {
            return "["+id+", "+name+"]";
        }
    }

    private static Student[] students = new Student[]{
        new Student(0, "xiaoming"),
        new Student(10, "xiaohua"),
        new Student(20, "xiaodan"),
        new Student(30, "xiaohong"),
    };

    private static void objecttest() {
        System.out.println("\n----objecttest----");
        // 建立雙向鏈表
        DoubleLink<Student> dlink = new DoubleLink<Student>();

        dlink.insert(0, students[1]);    // 將 students中第2個元素 插入到第一個位置
        dlink.appendLast(students[0]);    // 將 students中第1個元素 追加到鏈表末尾
        dlink.insertFirst(students[2]);    // 將 students中第3個元素 插入到第一個位置

        // 雙向鏈表是否爲空
        System.out.printf("isEmpty()=%b\n", dlink.isEmpty());
        // 雙向鏈表的大小
        System.out.printf("size()=%d\n", dlink.size());

        // 打印出所有的節點
        for (int i=0; i<dlink.size(); i++) {
            System.out.println("dlink("+i+")="+ dlink.get(i));
        }
    }

 
    public static void main(String[] args) {
        inttest();        // 演示向雙向鏈表操做"int數據"。
        stringtest();    // 演示向雙向鏈表操做"字符串數據"。
        objecttest();    // 演示向雙向鏈表操做"對象"。
    }
}
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