【資料結構與演算法】——連結串列（Linked List）

ITfxsen發表於2021-03-13
資料結構演算法

連結串列（Linked List）介紹

連結串列是有序的列表，但是它在記憶體中是儲存如下：

  • 連結串列是以節點的方式來儲存的，是鏈式儲存。
  • 每個節點包含data域，next域：指向下一個節點。
  • 如圖：連結串列的各個節點不一定是連續儲存的。
  • 連結串列分帶頭節點的連結串列和沒有頭節點的連結串列，根據實際需求來確定。

單連結串列（帶頭結點）邏輯結構示意圖：

單連結串列的應用例項

使用帶head頭的單向連結串列實現-水滸英雄排行榜管理

  1. 完成對英雄人物的增刪改查操作。
  2. 第一種方法在新增英雄時，直接新增到連結串列的尾部。
  3. 第二種方法在新增英雄時，根據排名將英雄插入到指定位置（如果有這個排名，則新增失敗，並給出提示）

單鏈的建立示意圖

新增（建立）

  1. 先建立一個head頭節點，作用就是表示單連結串列的頭。
  2. 後面我們每新增一個節點，就直接加入到連結串列的最後。
  3. 遍歷：通過一個輔助遍歷，幫助遍歷整個連結串列。

程式碼實現（直接新增到連結串列的尾部）

/** 
* @Author Fu~Qiang
* @Time 2021-3-13 19:06:46 
* @Version 1.0
* <p>Description:單連結串列</p>
*/
public class SingleLinkedListDemo {

	public static void main(String[] args) {
		// 測試
		HeroNode heroNode1 = new HeroNode(1,"宋江","及時雨");
		HeroNode heroNode2 = new HeroNode(2,"盧俊義","玉麒麟");
		HeroNode heroNode3 = new HeroNode(3,"吳用","智多星");
		HeroNode heroNode4 = new HeroNode(4,"林沖","豹子頭");
		//建立連結串列
		SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
		//加入
		singleLinkedList.add(heroNode2);
		singleLinkedList.add(heroNode1);
		singleLinkedList.add(heroNode3);
		singleLinkedList.add(heroNode4);
		singleLinkedList.list();
	}

}

//定義一個SingleLinkedList來管理英雄
class SingleLinkedList {
	//先初始化一個頭節點
	private HeroNode head = new HeroNode(0,"","");
	//新增節點到單向連結串列方法
	//當不考慮編號的順序時，找到當前連結串列最後的節點，將最後這個節點的next指向新的節點
	public void add(HeroNode heroNode) {
		HeroNode temp = head;
		//遍歷連結串列，找到最後
		while(true) {
			if(temp.next == null) {
				break;
			}
			temp = temp.next;
		}
		//當退出while迴圈時，temp就指向了連結串列的最後
		temp.next = heroNode;
	}
	//顯示連結串列
	public void list() {
		//判斷連結串列是否為null
		if(head.next == null) {
			System.out.println("連結串列為空~~");
			return;
		}
		HeroNode temp = head.next;
		while(true) {
			//是否到連結串列最後
			if(temp == null) {
				break;
			}
			//輸出節點資訊
			System.out.println(temp);
			//將next後移
			temp = temp.next;
		}
	}
}

//定義一個heroNode,每個heroNode物件就是一個節點
class HeroNode{
	public int no;
	public String name;
	public String nickName;
	public HeroNode next;//指向下一個節點
	//構造器
	public HeroNode(int no,String name,String nickName) {
		this.no = no;
		this.name = name;
		this.nickName = nickName;
	}
	//重寫toString
	@Override
	public String toString() {
		// TODO Auto-generated method stub
		return "HeroNode [no="+no+",name="+name+",nickName="+nickName+"]";
	}
	
}

執行截圖

按照編號的順序新增

  1. 首先找到新新增的節點的位置，是通過輔助變數（指標）
  2. 新的節點.next=temp.next
  3. 讓temp.next=新的節點

程式碼實現（按照編號順序新增）

/** 
* @Author Fu~Qiang
* @Time 2021-3-13 19:06:46 
* @Version 1.0
* <p>Description:單連結串列</p>
*/
public class SingleLinkedListDemo {

	public static void main(String[] args) {
		// 測試
		HeroNode heroNode1 = new HeroNode(1,"宋江","及時雨");
		HeroNode heroNode2 = new HeroNode(2,"盧俊義","玉麒麟");
		HeroNode heroNode3 = new HeroNode(3,"吳用","智多星");
		HeroNode heroNode4 = new HeroNode(4,"林沖","豹子頭");
		//建立連結串列
		SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
		//加入
		singleLinkedList.add(heroNode2);
		singleLinkedList.add(heroNode1);
		singleLinkedList.add(heroNode3);
		singleLinkedList.add(heroNode4);
		singleLinkedList.list();
//		singleLinkedList.addByOrder(heroNode2);
//		singleLinkedList.addByOrder(heroNode1);
//		singleLinkedList.addByOrder(heroNode4);
//		singleLinkedList.addByOrder(heroNode3);
//		singleLinkedList.list();
	}

}

//定義一個SingleLinkedList來管理英雄
class SingleLinkedList {
	//先初始化一個頭節點
	private HeroNode head = new HeroNode(0,"","");
	//新增節點到單向連結串列方法
	//當不考慮編號的順序時，找到當前連結串列最後的節點，將最後這個節點的next指向新的節點
	public void add(HeroNode heroNode) {
		HeroNode temp = head;
		//遍歷連結串列，找到最後
		while(true) {
			if(temp.next == null) {
				break;
			}
			temp = temp.next;
		}
		//當退出while迴圈時，temp就指向了連結串列的最後
		temp.next = heroNode;
	}
	//第二種新增英雄的方法
	public void addByOrder(HeroNode heroNode) {
		HeroNode temp = head;
		boolean flag = false;
		while(true) {
			if(temp.next == null) {//連結串列最後
				break;
			}
			if(temp.next.no > heroNode.no) {
				break;
			}else if(temp.next.no == heroNode.no) {//編號已存在
				flag = true;
				break;
			}
			temp = temp.next;
		}
		if(flag) {//flag=true，編號已存在，不能新增
			System.out.printf("準備插入的英雄的編號 %d 已經存在",heroNode.no);
		}else {
			//插入到連結串列中
			heroNode.next = temp.next;
			temp.next = heroNode;
		}
		
	}
	//顯示連結串列
	public void list() {
		//判斷連結串列是否為null
		if(head.next == null) {
			System.out.println("連結串列為空~~");
			return;
		}
		HeroNode temp = head.next;
		while(true) {
			//是否到連結串列最後
			if(temp == null) {
				break;
			}
			//輸出節點資訊
			System.out.println(temp);
			//將next後移
			temp = temp.next;
		}
	}
}

//定義一個heroNode,每個heroNode物件就是一個節點
class HeroNode{
	public int no;
	public String name;
	public String nickName;
	public HeroNode next;//指向下一個節點
	//構造器
	public HeroNode(int no,String name,String nickName) {
		this.no = no;
		this.name = name;
		this.nickName = nickName;
	}
	//重寫toString
	@Override
	public String toString() {
		// TODO Auto-generated method stub
		return "HeroNode [no="+no+",name="+name+",nickName="+nickName+"]";
	}
	
}

執行截圖

單連結串列的修改

  1. 先找需要修改的節點，通過遍歷。
  2. temp.name = heroNode.name;temp.nickName = heroNode.nickName;

程式碼實現

//修改節點的資訊，根據編號來修改，編號不能修改
	public void edit(HeroNode heroNode) {
		//判斷是否為空
		if(head.next == null) {
			System.out.println("連結串列為空~~");
			return;
		}
		HeroNode temp = head.next;
		boolean flag = false;
		while(true) {
			if(temp == null) {
				//到連結串列的最後
				break;
			}
			//找到需要修改的節點
			if(temp.no == heroNode.no) {
				flag = true;
				break;
			}
			temp = temp.next;
		}
		if(flag) {
			temp.name = heroNode.name;
			temp.nickName = heroNode.nickName;
		}else{
			System.out.printf("沒有找到編號%d的節點，不能修改\n",heroNode.no);
		}
	}

執行截圖

單連結串列的刪除

  1. 先找到需要刪除的這個節點的前一個節點temp。
  2. temp.next=temp.next.next。
  3. 被刪除的節點，將不會有其他引用指向，會被垃圾回收機制回收。

程式碼實現

//刪除節點
	public void del(int no) {
		HeroNode temp = head;
		boolean flag = false;
		while(true) {
			//已經到連結串列最後
			if(temp.next == null) {
				break;
			}
			//找到待刪除節點的前一個節點
			if(temp.next.no == no) {
				flag = true;
				break;
			}
			temp = temp.next;//temp後移，遍歷
		}
		if(flag) {
			temp.next=temp.next.next;
		}else{
			System.out.printf("要刪除的%d不存在，無法刪除",no);
		}
	}

執行截圖

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