連結串列是有序的列表，但是在記憶體中儲存圖下圖所示
- 連結串列是以 節點 的方式來儲存，是 鏈式儲存
- 每個節點包含 data 域、next 域，指向下一個節點
- 連結串列的各個節點 不一定是連續儲存，如上圖所示
- 連結串列還分：帶頭節點、不帶頭節點，根據實際需求來確定
上面進行了一個簡單的介紹，下面分幾部分來講解：
目錄
單連結串列
單連結串列（帶頭節點）邏輯結構 示意圖如下，當下一個節點為 空 的時候，該連結串列就結束了
注意：是邏輯結構，前面說過，在記憶體中節點不是一個接一個的。
單連結串列的應用例項
考慮這樣一個場景：使用帶 head 頭的 單向連結串列 實現水滸英雄排行榜管理
-
完成對英雄人物的 增刪改查 操作
-
第一種方法：在新增英雄時，直接新增到連結串列的尾部
-
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
如上圖所示，新增流程。我們建立 HeroNode 節點，他的定義如下
class HeroNode {
int no;//排名
String name;
String nickName;//暱稱
HeroNode next;//指向下一個節點
}
next 指向下一個節點，為空則代表該連結串列結束。其他的欄位則是上面所說的資料了。
單連結串列-無排序實現
/**
* 單向連結串列測試
*/
public class SingleLinkedListDemo {
public static void main(String[] args) {
HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", "及時雨");
HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "盧俊義", "玉麒麟");
HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吳用", "智多星");
HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "林沖", "豹子頭");
SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
singleLinkedList.add(hero1);
singleLinkedList.add(hero2);
singleLinkedList.add(hero3);
singleLinkedList.add(hero4);
singleLinkedList.list();
}
}
/**
* 單向連結串列
*/
class SingleLinkedList {
// 頭節點，不儲存任何資料，只是用來作為一個起始點
private HeroNode head = new HeroNode(0, "", "");
/**
* 新增節點
*
* 思路 不考慮編號順序時：
* 1. 找到當前連結串列的最後節點
* 2. 將最後整個節點的 next 指向新的節點
*
*
* @param node
*/
public void add(HeroNode node) {
// 要遍歷到 next 為 null 的時候，才能進行新增
HeroNode temp = head;
while (true) {
// 找到連結串列的最後,就退出迴圈
if (temp.next == null) {
break;
}
//如果沒有找到最後, 將將temp後移
temp = temp.next;
}
//當退出while迴圈時，temp就指向了連結串列的最後
//將最後這個節點的next 指向 新的節點
temp.next = node;
}
/**
* 列印連結串列中的資料
*/
public void list() {
//判斷連結串列是否為空
if (head.next == null) {
System.out.println("連結串列為空");
return;
}
//因為頭節點，不能動，因此我們需要一個輔助變數來遍歷
HeroNode temp = head.next;
while (true) {
// 如果是連結串列的最後
if (temp == null) {
break;
}
//列印資訊
System.out.println(temp);
//指標後移，一定要記得
temp = temp.next;
}
}
}
/**
* 連結串列中的一個節點：英雄節點
*/
class HeroNode {
public int no;
public String name;
public String nickName;
public HeroNode next;
public HeroNode(int no, String name, String nickName) {
this.no = no;
this.name = name;
this.nickName = nickName;
}
/**
* 為了顯示方便，重寫
*
* @return
*/
@Override
public String toString() {
return "HeroNode{" +
"no=" + no +
", name='" + name + '\'' +
", nickName='" + nickName + '\'' +
'}';
}
}
測試輸出
HeroNode{no=1, name='宋江', nickName='及時雨'}
HeroNode{no=2, name='盧俊義', nickName='玉麒麟'}
HeroNode{no=3, name='吳用', nickName='智多星'}
HeroNode{no=4, name='林沖', nickName='豹子頭'}
可以看到，已經實現了，如果將 no=4 提前加入
SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
singleLinkedList.add(hero1);
singleLinkedList.add(hero4); // 提升到這裡加入
singleLinkedList.add(hero2);
singleLinkedList.add(hero3);
測試資料如下
HeroNode{no=1, name='宋江', nickName='及時雨'}
HeroNode{no=4, name='林沖', nickName='豹子頭'}
HeroNode{no=2, name='盧俊義', nickName='玉麒麟'}
HeroNode{no=3, name='吳用', nickName='智多星'}
編號就是無序的了。下面來實現有序的
單連結串列-有序實現（從小到大）
新增思路如下：
-
首先 找到 新新增節點的位置(新節點遍歷比較排名，來查詢要插入的位置)，通過輔助變數 temp，然後迴圈遍歷查詢
-
如果有這個排名，則新增失敗，並給出提示，沒有則進行下面的步驟
-
新的節點node.next=temp.next -
將
temp.next=新的節點node.next注：temp輔助節點為要插入點的前一個節點。
簡單一點就是：通過排序規則（當前是從小到大）遍歷找到要插入的位置，然後改變 next 的指向。
程式碼實現，在原有的程式碼基礎上新增了一個新增方法，如下
/**
*
* 新增節點，考慮排序
*思路：
* 1. 先找到該節點要新增的位置
* 2. 通過輔助變數temp改變前一個節點和新節點的 next 指向
*
*
* @param node
*/
public void addByOrder(HeroNode node) {
// 由於 head 變數不能動，動了就無法從頭遍歷了，使用輔助變數來完成我們的新增
//因為單連結串列，因為我們找的temp 是位於 新增位置的前一個節點，否則插入不了
HeroNode temp = head;
boolean exist = false; // 新增的節點是否已經在連結串列中存在，預設為false
while (true) {
if (temp.next == null) {
// 如果是連結串列尾，則跳出迴圈
break;
}
// 如果當前節點的 next 編號，大於目標節點（要插入的節點）編號，則找到
// 應該將目標節點新增到 temp 與 next 之間
if (temp.next.no > node.no) {
break;
}
// 如果他們相等，則表示連結串列中已經存在目標節點了
if (temp.next.no == node.no) {
exist = true;//新增的節點已經在連結串列中存在
break;
}
// 沒找到，則後移 temp ，繼續尋找
temp = temp.next;
}
if (exist) {
System.out.printf("準備插入的英雄編號 %d 已經存在，不能加入 \n", node.no);
return;
}
// 把節點插入到 temp 和 temp.next 之間
// temp -> node -> temp.next
node.next = temp.next;
temp.next = node;
}
測試用例如下
/**
* 考慮順序的新增
*/
public static void test2() {
HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", "及時雨");
HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "盧俊義", "玉麒麟");
HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吳用", "智多星");
HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "林沖", "豹子頭");
SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
singleLinkedList.addByOrder(hero1);
singleLinkedList.addByOrder(hero4); // 新增順序提前
singleLinkedList.addByOrder(hero2);
singleLinkedList.addByOrder(hero3);
singleLinkedList.list();
}
輸出資訊
HeroNode{no=1, name='宋江', nickName='及時雨'}
HeroNode{no=2, name='盧俊義', nickName='玉麒麟'}
HeroNode{no=3, name='吳用', nickName='智多星'}
HeroNode{no=4, name='林沖', nickName='豹子頭'}
如果重複新增的話，會輸出如下類似的資訊
準備插入的英雄編號 4 已經存在，不能加入
單連結串列的修改
在原來的程式碼基礎上新增 update 方法
/**
*修改節點的資訊, 根據no編號來修改，即no編號不能改.
*說明
*1. 根據 newNode 的 no 來修改即可
*
* @param newNode
*/
public void update(HeroNode newNode) {
if (head.next == null) {
System.out.println("連結串列為空");
return;
}
//找到需要修改的節點, 根據no編號
//定義一個輔助變數
HeroNode temp = head.next;
boolean exist = false; // 是否找到要修改的節點
while (true) {
// 如果是連結串列尾部
if (temp == null) {
break;
}
// 如果已找到
if (temp.no == newNode.no) {
exist = true;
break;
}
temp = temp.next;
}
// 如果已找到，則修改資訊
if (exist) {
temp.name = newNode.name;
temp.nickName = newNode.nickName;
} else {//沒有找到
System.out.printf("未找到編號為 %d 的英雄", newNode.no);
}
}
測試用例
singleLinkedList.addByOrder(hero1);
singleLinkedList.addByOrder(hero4);
singleLinkedList.addByOrder(hero2);
singleLinkedList.addByOrder(hero3);
// 測試修改
System.out.println("修改前");
singleLinkedList.list();
HeroNode hero4New = new HeroNode(4, "林沖-修改測試", "豹子頭-修改測試");
singleLinkedList.update(hero4New);
System.out.println("修改後");
singleLinkedList.list();
測試輸出
修改前
HeroNode{no=1, name='宋江', nickName='及時雨'}
HeroNode{no=2, name='盧俊義', nickName='玉麒麟'}
HeroNode{no=3, name='吳用', nickName='智多星'}
HeroNode{no=4, name='林沖', nickName='豹子頭'}
修改後
HeroNode{no=1, name='宋江', nickName='及時雨'}
HeroNode{no=2, name='盧俊義', nickName='玉麒麟'}
HeroNode{no=3, name='吳用', nickName='智多星'}
HeroNode{no=4, name='林沖-修改測試', nickName='豹子頭-修改測試'}
單連結串列的刪除
如上圖所示，思路如下：
-
先找到需要刪除的這個節點的 前一個節點 temp
為什麼要找到前一個？因為是單向連結串列，找目標節點就無法完成刪除了。
-
temp.next = temp.next.next -
被刪除的節點，如果沒有其他的引用的話，會被垃圾回收機制回收
/**
*
* 按編號刪除節點
* 1. 找到要刪除的前一個節點
* 2. 然後將這個前一個節點的 next 指向變更到要刪除節點的 next 節點
*
*
* @param no
*/
public void delete(int no) {
if (head.next == null) {
System.out.println("連結串列為空");
return;
}
HeroNode temp = head;
boolean exist = false; // 是否找到要刪除的節點
while (true) {
if (temp.next == null) {
break;
}
if (temp.next.no == no) {
exist = true;
break;
}
temp = temp.next;
}
if (!exist) {
System.out.printf("未找到匹配的編號 %d \n", no);
return;
}
// 刪除操作
temp.next = temp.next.next;
}
測試程式碼
System.out.println("刪除前");
singleLinkedList.list();
singleLinkedList.delete(1);
singleLinkedList.delete(4);
System.out.println("刪除後");
singleLinkedList.list();
輸出資訊
刪除前
HeroNode{no=1, name='宋江', nickName='及時雨'}
HeroNode{no=2, name='盧俊義', nickName='玉麒麟'}
HeroNode{no=3, name='吳用', nickName='智多星'}
HeroNode{no=4, name='林沖', nickName='豹子頭'}
刪除後
HeroNode{no=2, name='盧俊義', nickName='玉麒麟'}
HeroNode{no=3, name='吳用', nickName='智多星'}
tip：學會思想，將其靈活運用到所需專案中。
單連結串列面試題
為了加深理解，來看幾個面試題
求單連結串列中有效節點的個數
思路：直接迴圈統計就行
/**
* 獲取連結串列長度
* @return
*/
public int length() {
if (head.next == null) {
return 0;
}
HeroNode temp = head.next;
int num = 0;
while (temp != null) {
num++;
temp = temp.next;
}
return num;
}
測試用例
@Test
public void lengthTest() {
System.out.println(singleLinkedList.length());
singleLinkedList.delete(1);
System.out.println(singleLinkedList.length());
}
輸出
4
3
查詢單連結串列中的倒數第 k 個結點
新浪面試題
/**
*
* 查詢單連結串列中的倒數第k個結點 【新浪面試題】
* 思路
* 1. 編寫一個方法，接收head節點，同時接收一個index
* 2. index 表示是倒數第index個節點
* 3. 先把連結串列從頭到尾遍歷，得到連結串列的總的長度 getLength
* 4. 得到size 後，我們從連結串列的第一個開始遍歷 (size-index)個，就可以得到
* 5. 如果找到了，則返回該節點，否則返回nulll
*
* @param index 倒數第幾個節點
* @return
*/
public static HeroNode findLastIndexNode(HeroNode head, int index) {
//判斷如果連結串列為空，返回null
if(head.next == null) {
return null;//沒有找到
}
//第一個遍歷得到連結串列的長度(節點個數)
int size = getLength(head);
//第二次遍歷 size-index 位置，就是我們倒數的第K個節點
//先做一個index的校驗
if(index <=0 || index > size) {
return null;
}
//定義給輔助變數， for 迴圈定位到倒數的index
HeroNode cur = head.next; //3 // 3 - 1 = 2
for(int i =0; i< size - index; i++) {
cur = cur.next;
}
return cur;
}
測試用例
@Test
public void findLastIndexNodeTest() {
//進行測試
//先建立節點
HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", "及時雨");
HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "盧俊義", "玉麒麟");
HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吳用", "智多星");
HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "林沖", "豹子頭");
//建立要給連結串列
SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
//加入
singleLinkedList.add(hero1);
singleLinkedList.add(hero4);
singleLinkedList.add(hero2);
singleLinkedList.add(hero3);
System.out.println("查詢測試");
HeroNode lastIndexNode = singleLinkedList.findLastIndexNode(singleLinkedList.getHead(),1);
System.out.println("查詢倒數第 1 個 " + lastIndexNode);
lastIndexNode = singleLinkedList.findLastIndexNode(singleLinkedList.getHead(),4);
System.out.println("查詢倒數第 4 個 " + lastIndexNode);
lastIndexNode = singleLinkedList.findLastIndexNode(singleLinkedList.getHead(),2);
System.out.println("查詢倒數第 2 個 " + lastIndexNode);
lastIndexNode = singleLinkedList.findLastIndexNode(singleLinkedList.getHead(),5);
System.out.println("查詢倒數第 5 個 " + lastIndexNode);
}
輸出資訊
查詢測試
查詢倒數第 1 個 HeroNode{no=3, name='吳用', nickName='智多星'}
查詢倒數第 4 個 HeroNode{no=1, name='宋江', nickName='及時雨'}
查詢倒數第 2 個 HeroNode{no=2, name='盧俊義', nickName='玉麒麟'}
查詢倒數第 5 個 null
單連結串列的反轉
騰訊面試題，這個有點難度。
思路：
- 定義一個新的 reverseHead 節點
- 從原連結串列中依次取出節點，並 始終新增到 reverseHead 的第一個節點
- 將原 head 節點的 next 指向 reverseHead.next
頭插法
如下圖所示：
//將單連結串列反轉
public static void reversetList(HeroNode head) {
//如果當前連結串列為空，或者只有一個節點，無需反轉，直接返回
if(head.next == null || head.next.next == null) {
return ;
}
//定義一個輔助的指標(變數)，幫助我們遍歷原來的連結串列
HeroNode cur = head.next;
HeroNode next = null;// 指向當前節點[cur]的下一個節點
HeroNode reverseHead = new HeroNode(0, "", "");
//遍歷原來的連結串列，每遍歷一個節點，就將其取出，並放在新的連結串列reverseHead 的最前端
//動腦筋，這裡很重要，
while(cur != null) {
next = cur.next;//先暫時儲存當前節點的下一個節點，因為後面需要使用
cur.next = reverseHead.next;//將cur的下一個節點指向新的連結串列的最前端
reverseHead.next = cur; //將cur 連線到新的連結串列上
cur = next;//讓cur後移
}
//將head.next 指向 reverseHead.next , 實現單連結串列的反轉
head.next = reverseHead.next;
}
測試用例
@Test
public void reverseTest() {
System.out.println("翻轉前");
singleLinkedList.list();
singleLinkedList.reversetList(singleLinkedList.getHead());
System.out.println("翻轉後");
singleLinkedList.list();
}
輸出資訊
翻轉前
HeroNode{no=1, name='宋江', nickName='及時雨'}
HeroNode{no=4, name='林沖', nickName='豹子頭'}
HeroNode{no=2, name='盧俊義', nickName='玉麒麟'}
HeroNode{no=3, name='吳用', nickName='智多星'}
翻轉後
HeroNode{no=3, name='吳用', nickName='智多星'}
HeroNode{no=2, name='盧俊義', nickName='玉麒麟'}
HeroNode{no=4, name='林沖', nickName='豹子頭'}
HeroNode{no=1, name='宋江', nickName='及時雨'}
從尾到頭列印單連結串列
百度面試題，要求方式：
- 反向遍歷
思路：
-
反向遍歷 ：使用前面翻轉操作後，再列印
有一個問題：會破壞原連結串列的結構
-
Stack 棧：利用棧先進後出的特點
該資料結構看後面的部落格講解，這裡做個簡單的介紹
如上圖所示：
- 入棧操作：資料
往棧底 壓入 - 出棧操作：資料
從棧頂 彈出
將原連結串列遍歷，以此將每個節點壓入棧中，然後遍歷棧列印即可
- 入棧操作：資料
/**
*
* 逆序列印連結串列：使用棧先進後出的特點達到要求
*
*/
public static void reversePrint(HeroNode head) {
if(head.next == null) {
return;//空連結串列，不能列印
}
//建立要給一個棧，將各個節點壓入棧
Stack<HeroNode> stack = new Stack<HeroNode>();
HeroNode cur = head.next;
//將連結串列的所有節點壓入棧
while(cur != null) {
stack.push(cur);//壓棧
cur = cur.next; //cur後移，這樣就可以壓入下一個節點
}
//將棧中的節點進行列印,pop 出棧
while (stack.size() > 0) {
System.out.println(stack.pop()); // 出棧，stack的特點是先進後出
}
}
測試用例
@Test
public void reversePrintTest(){
System.out.println("連結串列資料");
singleLinkedList.list();
System.out.println("逆序列印");
singleLinkedList.reversePrint();
}
輸出資訊
連結串列資料
HeroNode{no=1, name='宋江', nickName='及時雨'}
HeroNode{no=4, name='林沖', nickName='豹子頭'}
HeroNode{no=2, name='盧俊義', nickName='玉麒麟'}
HeroNode{no=3, name='吳用', nickName='智多星'}
逆序列印
HeroNode{no=3, name='吳用', nickName='智多星'}
HeroNode{no=2, name='盧俊義', nickName='玉麒麟'}
HeroNode{no=4, name='林沖', nickName='豹子頭'}
HeroNode{no=1, name='宋江', nickName='及時雨'}
雙向連結串列
單向連結串列的缺點
從前面的練習題，包括實現單向連結串列中會發現 單向連結串列 的以下問題：
-
查詢方向 只能是單向
-
不能自我刪除
需要靠輔助節點，要找到刪除節點的上一個節點和刪除節點，才能完成刪除
而以上問題，雙向連結串列：
- 可以雙向查詢
- 可以自我刪除
雙向連結串列分析
雙向連結串列的結構如上圖所示，每個節點都有 pre 和 next 變數，所以它可以往前查詢或則往後查詢。
那麼下面先分析下雙向連結串列的：遍歷、新增、刪除 操作思路，之後再去實現：
-
遍歷：和單向連結串列類似，只是可以雙向遍歷了
-
修改：和單向連結串列一樣的方式
-
新增：預設新增到雙向連結串列的最後一個節點
- temp.next = newNode
- newNode.pre = temp
-
刪除
如上圖所示，雙向連結串列可以自我刪除：
- 遍歷找到要刪除的那個節點 temp
temp.next.pre = temp.pretemp.pre.next = temp.next
程式碼實現
可以基於單向連結串列上的部分程式碼進行修改。
/**
* 連結串列中的一個節點：英雄節點
*/
class HeroNode {
public int no;
public String name;
public String nickName;
public HeroNode next;// 指向下一個節點, 預設為null
public HeroNode pre;// 指向前一個節點, 預設為null
public HeroNode(int no, String name, String nickName) {
this.no = no;
this.name = name;
this.nickName = nickName;
}
/**
* 為了顯示方便，重寫
*
* @return
*/
@Override
public String toString() {
return "HeroNode{" +
"no=" + no +
", name='" + name + '\'' +
", nickName='" + nickName + '\'' +
'}';
}
}
/**
* 雙向連結串列的操作實現
*/
// 建立一個雙向連結串列的類
class DoubleLinkedList {
// 先初始化一個頭節點, 頭節點不要動, 不存放具體的資料
private HeroNode head = new HeroNode(0, "", "");
// 返回頭節點
public HeroNode getHead() {
return head;
}
// 遍歷雙向連結串列的方法
// 顯示連結串列[遍歷]
public void list() {
// 判斷連結串列是否為空
if (head.next == null) {
System.out.println("連結串列為空");
return;
}
// 因為頭節點，不能動，因此我們需要一個輔助變數來遍歷
HeroNode temp = head.next;
while (true) {
// 判斷是否到連結串列最後
if (temp == null) {
break;
}
// 輸出節點的資訊
System.out.println(temp);
// 將temp後移
temp = temp.next;
}
}
// 新增一個節點到雙向連結串列的最後.
public void add(HeroNode heroNode) {
// 因為head節點不能動，因此我們需要一個輔助遍歷 temp
HeroNode2 temp = head;
// 遍歷連結串列，找到最後
while (true) {
// 找到連結串列的最後
if (temp.next == null) {
break;
}
// 如果沒有找到最後, 將將temp後移
temp = temp.next;
}
// 當退出while迴圈時，temp就指向了連結串列的最後
// 形成一個雙向連結串列
temp.next = heroNode;
heroNode.pre = temp;
}
// 修改一個節點的內容, 可以看到雙向連結串列的節點內容修改和單向連結串列一樣
public void update(HeroNode newHeroNode) {
// 判斷是否空
if (head.next == null) {
System.out.println("連結串列為空~");
return;
}
// 找到需要修改的節點, 根據no編號
// 定義一個輔助變數
HeroNode temp = head.next;
boolean flag = false; // 表示是否找到該節點
while (true) {
if (temp == null) {
break; // 已經遍歷完連結串列
}
if (temp.no == newHeroNode.no) {
// 找到
flag = true;
break;
}
temp = temp.next;
}
// 根據flag 判斷是否找到要修改的節點
if (flag) {
temp.name = newHeroNode.name;
temp.nickname = newHeroNode.nickname;
} else { // 沒有找到
System.out.printf("沒有找到 編號 %d 的節點，不能修改\n", newHeroNode.no);
}
}
// 從雙向連結串列中刪除一個節點,
// 說明
// 1 對於雙向連結串列，我們可以直接找到要刪除的這個節點
// 2 找到後，自我刪除即可
public void del(int no) {
// 判斷當前連結串列是否為空
if (head.next == null) {// 空連結串列
System.out.println("連結串列為空，無法刪除");
return;
}
HeroNode temp = head.next; // 輔助變數(指標)
boolean flag = false; // 標誌是否找到待刪除節點的
while (true) {
if (temp == null) { // 已經到連結串列的最後
break;
}
if (temp.no == no) {
// 找到的待刪除節點的前一個節點temp
flag = true;
break;
}
temp = temp.next; // temp後移，遍歷
}
// 判斷flag
if (flag) { // 找到
// 可以刪除
// temp.next = temp.next.next;[單向連結串列]
temp.pre.next = temp.next;
// 這裡我們的程式碼有問題?
// 如果是最後一個節點，就不需要執行下面這句話，否則出現空指標
if (temp.next != null) {
temp.next.pre = temp.pre;
}
} else {
System.out.printf("要刪除的 %d 節點不存在\n", no);
}
}
}
測試用例：
/**
* 雙向連結串列測試
*/
public class DoubleLinkedListTest {
DoubleLinkedList doubleLinkedList;
@Before
public void before() {
HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", "及時雨");
HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "盧俊義", "玉麒麟");
HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吳用", "智多星");
HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "林沖", "豹子頭");
// 測試新增
doubleLinkedList = new DoubleLinkedList();
doubleLinkedList.add(hero1);
doubleLinkedList.add(hero4);
doubleLinkedList.add(hero2);
doubleLinkedList.add(hero3);
}
@Test
public void addTest() {
// before 中已測試
}
/**
* 更新測試
*/
@Test
public void updateTest() {
System.out.println("更新前");
doubleLinkedList.print();
HeroNode hero4New = new HeroNode(4, "林沖-修改測試", "豹子頭-修改測試");
doubleLinkedList.update(hero4New);
System.out.println("更新後");
doubleLinkedList.print();
}
/**
* 刪除測試
*/
@Test
public void deleteTest() {
System.out.println("刪除前");
doubleLinkedList.print();
doubleLinkedList.del(1);
doubleLinkedList.del(4);
doubleLinkedList.del(3);
System.out.println("刪除後");
doubleLinkedList.print();
}
}
測試輸出
更新前
HeroNode{no=1, name='宋江', nickName='及時雨'}
HeroNode{no=4, name='林沖', nickName='豹子頭'}
HeroNode{no=2, name='盧俊義', nickName='玉麒麟'}
HeroNode{no=3, name='吳用', nickName='智多星'}
更新後
HeroNode{no=1, name='宋江', nickName='及時雨'}
HeroNode{no=4, name='林沖-修改測試', nickName='豹子頭-修改測試'}
HeroNode{no=2, name='盧俊義', nickName='玉麒麟'}
HeroNode{no=3, name='吳用', nickName='智多星'}
刪除前
HeroNode{no=1, name='宋江', nickName='及時雨'}
HeroNode{no=4, name='林沖', nickName='豹子頭'}
HeroNode{no=2, name='盧俊義', nickName='玉麒麟'}
HeroNode{no=3, name='吳用', nickName='智多星'}
刪除後
HeroNode{no=2, name='盧俊義', nickName='玉麒麟'}
課程作業
實現：雙向連結串列的第二種新增方式，按照編號順序新增
實現和單向新增是一樣的
/**
*
* 按編號順序新增
* 思路：
* 1. 從頭遍歷節點，
* 2. 找到比目標大的節點：插入到該節點之前（升序）
* 2. 如果已經存在相同編號的節點，則提示不允許新增
*
*
*
* @param node
*/
public void addByOrder(HeroNode node) {
HeroNode temp = head;
boolean exist = false; // 新增的節點是否已經在連結串列中存在，預設false
while (true) {
// 已到列表尾部
if (temp.next == null) {
break;
}
// 已找到
if (temp.next.no > node.no) {
break;
}
// 已存在該編號
if (temp.next.no == node.no) {
exist = true;
break;
}
temp = temp.next;
}
if (exist) {
System.out.printf("準備插入的英雄編號 %d 已經存在，不能加入 \n", node.no);
return;
}
// 把節點插入到 temp 和 temp.next 之間
// temp <-> node <-> temp.next
node.next = temp.next;//插入的節點的next指向後一個節點
node.pre = temp;//插入的節點的pre指向前一個節點
temp.next.pre = node;//插入位置後一個節點的pre指向插入的節點
temp.next = node;//將插入位置的前一個節點的next指向插入的節點
}
測試用例
@Test
public void addByOrderTest() {
HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", "及時雨");
HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "盧俊義", "玉麒麟");
HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吳用", "智多星");
HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "林沖", "豹子頭");
// 測試新增
doubleLinkedList = new DoubleLinkedList();
doubleLinkedList.addByOrder(hero1);
doubleLinkedList.addByOrder(hero4);
doubleLinkedList.addByOrder(hero2);
doubleLinkedList.addByOrder(hero3);
doubleLinkedList.addByOrder(hero3);
doubleLinkedList.print();
}
測試輸出
準備插入的英雄編號 3 已經存在，不能加入
HeroNode{no=1, name='宋江', nickName='及時雨'}
HeroNode{no=2, name='盧俊義', nickName='玉麒麟'}
HeroNode{no=3, name='吳用', nickName='智多星'}
HeroNode{no=4, name='林沖', nickName='豹子頭'}
單向環形連結串列-Josephu 問題
應用場景-約瑟夫問題
約瑟夫（Josephu）問題，也就是丟手帕問題，他的規則如下
- 有編號為 1 ~ n 的 n 個人圍坐在一起
- 約定編號為 K( 1 <= k <=n) 的人從 1 開始報數
- 數到 m 的那個人出列，它的下一位又從 1 開始報數
迴圈以上過程，直到所有人都出列，並列出出列人的編號。
該問題其實可以使用 單迴圈連結串列（單向環形連結串列）來解決，思路如下：
- 先構成一個有 n 個節點的單迴圈連結串列
- 然後由 k 節點起從 1 開始計數
- 計數到 m 時，對應節點從連結串列中刪除，然後從下一個節點又從 1 開始計數
迴圈以上過程，直到最後一個節點從連結串列中刪除，演算法結束
單向環形連結串列介紹
它的邏輯結構就如下圖，形成了一個環狀。
約瑟夫問題示意圖
需求如下：
n=5：有 5 個人k=1：從第一個人開始數m=2：數兩次
沒有動圖，那麼使用下面的描述來講解：
-
第一輪：2 出佇列，1.next = 3
還剩下：1、3、4、5
-
第二輪：4 出佇列，3.next = 5；（從 3 開始報數，第 2 個的出佇列，也就是 4）
還剩下：1、3、5
-
第三輪：1 出佇列，5.next = 3
還剩下：3、5
-
第四輪：5 出佇列，3.next = 3
還剩下：3，自己的 next 就是自己
-
第五輪：3 出佇列，佇列中無元素，結束
那麼最終的出佇列順序就是：2、4、1、5、3
約舍夫問題可以使用陣列來解決，這裡使用單向環形連結串列，比較好理解
建立環形連結串列的思路圖解
環形連結串列新增思路
-
第 1 個節點被新增進來時
使用一個 first 變數來表示這是第一個節點，和帶頭節點的連結串列一樣，
first節點（也就是頭節點）不能去改變他，使用curBody變數來輔助我們解決新增的過程，並讓next指向自己，形成一個環形 -
第 2 個節點被新增進來時，boy是新要新增進來的節點
將該節點加入到已有的環形變數，並把
curBoy指向這個新節點，下面的以此類推 -
第 3 個節點被新增進來時
遍歷環形連結串列
- 先讓一個輔助變數
curBoy，指向 first 節點Boy curBoy = first - 通過一個 while 迴圈遍歷連結串列，當
cur.next = first時，就遍歷完了
新增和連結串列列印程式碼實現
// 建立一個Boy類，表示一個節點
class Boy {
private int no;// 編號
private Boy next; // 指向下一個節點,預設null
public Boy(int no) {
this.no = no;
}
public int getNo() {
return no;
}
public void setNo(int no) {
this.no = no;
}
public Boy getNext() {
return next;
}
public void setNext(Boy next) {
this.next = next;
}
}
/// 建立一個環形的單向連結串列
class CircleSingleLinkedList {
// 建立一個first節點,當前沒有編號
private Boy first = null;
// 新增小孩節點，構建成一個環形的連結串列
public void addBoy(int nums) {
// nums 做一個資料校驗
if (nums < 1) {
System.out.println("nums的值不正確");
return;
}
Boy curBoy = null; // 輔助指標，幫助構建環形連結串列
// 使用for來建立我們的環形連結串列
for (int i = 1; i <= nums; i++) {
// 根據編號，建立小孩節點
Boy boy = new Boy(i);
// 如果是第一個小孩
if (i == 1) {
first = boy;
first.setNext(first); // 構成環
curBoy = first; // 讓curBoy指向第一個小孩
} else {
curBoy.setNext(boy);//
boy.setNext(first);//
curBoy = boy;
}
}
}
// 遍歷當前的環形連結串列
public void showBoy() {
// 判斷連結串列是否為空
if (first == null) {
System.out.println("沒有任何小孩~~");
return;
}
// 因為first不能動，因此我們仍然使用一個輔助指標完成遍歷
Boy curBoy = first;
while (true) {
System.out.printf("小孩的編號 %d \n", curBoy.getNo());
if (curBoy.getNext() == first) {// 說明已經遍歷完畢
break;
}
curBoy = curBoy.getNext(); // curBoy後移
}
}
}
測試用例：
/**
* 約瑟夫問題測試
*/
public class JosepfuTest {
/**
* 新增測試
*/
@Test
public void addTest() {
// 測試一把看看構建環形連結串列，和遍歷是否ok
CircleSingleLinkedList circleSingleLinkedList = new CircleSingleLinkedList();
circleSingleLinkedList.addBoy(5);// 加入5個小孩節點
circleSingleLinkedList.showBoy();
}
}
測試輸出：為了驗證前面 5 個小孩的說明是否正確，這裡也新增 5 個小孩
小孩的編號 1
小孩的編號 2
小孩的編號 3
小孩的編號 4
小孩的編號 5
出圈思路分析
還是以這個需求來分析：
使用者輸入如下：
n=5：有 5 個人k=1：從第一個人開始數m=2：數兩次
-
需要一個
輔助節點helper來幫助出圈，當出圈報數開始時，報數完的時候first所指到的節點出圈，而helper就是來幫助出圈的，如下圖所示
-
將 first 定位到 k ， helper緊隨其後 （k 從第幾個小孩開始報數）
將 first 和 helper 移動
k-1次 -
小孩報數時：移動 first 到出圈的節點上，hepler 始終在 first 後面
讓 first 和 helper 同時移動 m-1 次，是因為 開始數數的人 也要佔用一個位置(自己本身也要數)：比如上圖，從 1 開始，first在編號 2 時，就數了 2 下了，它該出圈
-
小孩出圈（下圖是經過報數（2）後的圖，原圖first在 1 的位置）
先將
first = first.getNext()（first指向下一個節點），然後將helper.setNext(first)（將出圈小孩的後面一個小孩的next指向變化後的first），那麼就如上圖所示了，出圈的 first 被孤立出圈了，別人沒有引用它了，就會被垃圾回收機制銷燬了。
注意：只有 小孩報數和出圈是重複 的，其他的只是這個遊戲開始前的一些設定初始化。
出圈程式碼實現
在原來的環形佇列上新增遊戲開始方法（計算出圈順序）
/**
* 遊戲開始，計算出圈順序
*
* @param startNo 從第幾個小孩開始數
* @param countNum 數幾下
* @param nums 參與該遊戲的小孩有多少個
*/
public void countBoy(int startNo, int countNum, int nums) {
// 進行一個資料校驗
if (first == null || // 環形佇列沒有構建
countNum < 1 || // 每次至少數 1 下
startNo > nums // 開始小孩不能大於參與遊戲的人數
) {
System.out.println("引數有誤，請重新輸入");
}
// 1. 初始化輔助變數helper到 first 的後面
//helper用來輔助出圈的
//先和first指向同一個節點，後通過迴圈遍歷將其指向最後一個節點
Boy helper = first;
// 當 helper.next = first 時，就說明已經定位了,helper指向最後小孩節點
while (helper.next != first) {
helper = helper.getNext();
}
// 2.first 和 helper 同時移動，將first定位在 startNo 位置，helper緊跟其後
// first 移動到 startNo 位置，同時helper也跟著
for (int i = 0; i < startNo - 1; i++) {
first = first.getNext();
helper = helper.getNext();
}
// 為了測試方便，這裡新增一個日誌輸出
System.out.printf("定位到位置： %d \n", startNo);
// 3. 開始報數 和 出圈
while (true) {
// 當佇列中只剩下一個人的時候，跳出迴圈，因為最後一個必然是他自己出佇列
if (helper == first) {
break;
}
// 報數：移動 m-1 （報數要數自己本身）
for (int i = 0; i < countNum - 1; i++) {
// 因為 helper 永遠在 first 後面，只要在 first 移動時，指向 first 原來所在的位置即可
first = first.getNext();
helper = helper.getNext();
}
// 出圈
System.out.printf("出圈小孩編號 %d \n", first.no);
//這時將first指向的小孩節點出圈
first = first.getNext();//將first指向出圈小孩的前面那個小孩
helper.setNext(first); //將出圈小孩的後面一個小孩的next指向變化後的first
}
System.out.printf("最後剩下小孩編號 %d \n", first.getNo());
}
測試用例
@Test
public void countBoy() {
CircleSingleLinkedList circleSingleLinkedList = new CircleSingleLinkedList();
circleSingleLinkedList.addBoy(5);// 加入5個小孩節點
System.out.println("構建環形佇列");
circleSingleLinkedList.showBoy();
// 開始玩遊戲
// 正確的輸出順序為：2、4、1、5、3
circleSingleLinkedList.countBoy(1, 2, 5);
}
測試輸出
構建環形佇列
小孩編號 1
小孩編號 2
小孩編號 3
小孩編號 4
小孩編號 5
定位到位置： 1
小孩編號 1
小孩編號 2
小孩編號 3
小孩編號 4
小孩編號 5
出圈小孩編號 2
出圈小孩編號 4
出圈小孩編號 1
出圈小孩編號 5
最後剩下小孩編號 3
可以嘗試修改下從第 3 個小孩開始報數
定位到位置： 3
小孩編號 3
小孩編號 4
小孩編號 5
小孩編號 1
小孩編號 2
出圈小孩編號 4
出圈小孩編號 1
出圈小孩編號 3
出圈小孩編號 2
最後剩下小孩編號 5
小結
需要正視的一個點：現在在學習資料結構，比如陣列可以模擬 佇列，陣列可以模擬 環形佇列，佇列也是一個資料結構，主要是思路。