集合及数据结构第七节————LinkedList的模拟实现与使用

莲雾flops2024-08-26 20:11

系列文章目录

集合及数据结构第七节------------LinkedList的模拟实现与使用

LinkedList的模拟实现与使用

  1. 无头双向链表实现
  2. 什么是LinkedList
  3. LinkedList的使用
  4. LinkedList的遍历
  5. ArrayList和LinkedList的区别

文章目录

一、LinkedList的模拟实现

1.无头双向链表实现

定义接口

java 复制代码 
public interface Ilist {

    public void addFirst(int data);//头插法


    public void addLast(int data);//尾插法


    public void addIndex(int index,int data);//任意位置插入,第一个数据节点为0号下标

    public boolean contains(int key);//查找是否包含关键字key是否在双向链表当中


    public void remove(int key);//删除第一次出现关键字为key的节点

    public void removeAllKey(int key); //删除所有值为key的节点

    public int size();//得到双向链表的长度

    public void clear() ;//清空链表

    public void display() ;//打印链表

}

定义双向链表的内部类

java 复制代码 
    static class ListNode {//将节点定义成内部类
        public int val;//数据域
        public ListNode next;//后驱节点（引用类型）
        public  ListNode prev;//前驱节点

        public ListNode(int val) {
            this.val = val;
            //没有初始化next默认为null（因为next是引用数据类型）
        }
    }

    public ListNode head;//头节点
    public ListNode last;//尾节点

接口的实现

头插法的时间复杂度为O（1）

头插法

思路：

第一次插入时head和last都指向这个节点

代码实现：

java 复制代码 
    public void addFirst(int data) {;//头插法
        ListNode node = new ListNode(data);//创建一个node节点用来存放插入的数据
        if(head == null){//插入第一个数据
            this.head = node;
            this.last = node;
        }else {//有其他节点，进行头插
            node.next = this.head;//先绑定后面更安全
            this.head.prev = node;
            this.head = node;
        }
    }
尾插法

尾插法的时间复杂度为O（1）

思路：

第一次插入时head和last都指向这个节点

代码实现：

java 复制代码 
    public void addLast(int data) {//尾插法
        ListNode node = new ListNode(data);//创建一个node节点用来存放插入的数据
        if(head == null){//插入第一个数据
            this.head = node;
            this.last = node;
        }else {//有其他节点，进行尾插
            last.next = node;//先绑定后面更安全
            node.prev = this.last;
            this.last = node;
        }
    }
任意位置插入,第一个数据节点为0号下标

思路：

  1. 检查index是否合法
  2. 找到cur节点（cur走index步 ）（新增一个private修饰的searchIndex方法来找到index位置节点）
  3. 插入node节点
java 复制代码 
public class AddIndexLocationWrong extends  RuntimeException{// 检查index是否合法（输入下标不合法）
    public AddIndexLocationWrong(String message){
        super(message);
    }
}
java 复制代码 
    private ListNode searchIndex(int index){//找到index位置节点
        ListNode cur = this.head;//创建一个临时节点来替head节点完成工作
        //从而避免head = null的情况出现
        while (index != 0){
            cur = cur.next;//让cur指向下一个节点
            index--;
        }
        return cur;
    }
java 复制代码 
    public void addIndex(int index, int data) {;//任意位置插入,第一个数据节点为0号下标
        int len = size();
        if(index < 0 || index > len){//如果输入的index对应节点没有数据，抛出异常
            throw  new AddIndexLocationWrong("输入的index位置不合法" + index);
        }
        if (index == 0) {//在开头插入直接调用头插法
            addFirst(data);
            return;
        }
        if (index == len){//在结尾插入，直接调用尾插法
            addLast(data);
            return;
        }

        ListNode cur = searchIndex(index);//新建一个cur节点存放找到的index位置的节点
        ListNode node = new ListNode(data);//创建一个node节点用来存放插入的数据

        //插入数据（先修改next就一定不会出错）
        node.next = cur;//让node的next后驱指向cur
        cur.prev.next  = node;//让插入前cur的前一个节点的next后驱指向node
        node.prev = cur.prev;//让node的next前驱指向插入前cur的前一个节点
        cur.prev = node;//让cur的next前驱指向node
    }
查找是否包含关键字key是否在双向链表当中
java 复制代码 
   public boolean contains(int key) {//查找是否包含关键字key是否在单链表当中
        ListNode cur = this.head;//创建一个临时节点来替head节点完成工作
        //从而避免head = null的情况出现
        while (cur != null){
            if (cur.value == key){
                return true;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return false;
    }
删除第一次出现关键字为key的节点

思路：

一般情况下

删除的是第一个节点


删除最后一个节点

代码实现：

java 复制代码 
    public void remove(int key) {//删除第一次出现关键字为key的节点
        ListNode cur = this.head;
        while (cur != null){
            if(cur.val ==key) {//cur的val与key相等时
                if(cur == head){//删除的是第一个节点
                    head = head.next;//头节点向后移动（当链表中只有一个节点时，相当于把head置空让第一个节点不再被head引用）
                    if (head == null){//当链表中只有一个节点时
                                       // （不加这个判断条件会导致else中的语句在只有一个节点时,空指针异常）
                        last = null;//当链表中只有一个节点时,last置空让第一个节点不再被last引用
                    }else {
                        head.prev = null;//移动后的头节点的前驱置空（第一个节点不在被引用，会被自动化回收）
                    }

                }else {//删除的不是第一个节点
                    cur.prev.next = cur.next;//让cur的前一个节点的next后驱指向cur的后一个节点
                    if(cur.next == null){//删除的是最后一个节点,把last置空让第一个节点不再被last引用
                        last = last.prev;
                    }else {//删除的是中间节点
                        cur.next.prev = cur.prev;//让cur的后一个节点的前驱指向cur的前一个节点
                    }
                }
                return;//删除结束后退出
            }
            else {
                cur = cur.next;
            }
        }
    }
删除所有值为key的节点
java 复制代码 
    public void removeAllKey(int key) { //删除所有值为key的节点
        ListNode cur = this.head;
        while (cur != null){
            if(cur.val ==key) {//cur的val与key相等时（删完一个后不退出，直到遍历完整个链表）
                if(cur == head){//删除的是第一个节点
                    head = head.next;//头节点向后移动（当链表中只有一个节点时，相当于把head置空让第一个节点不再被head引用）
                    if (head == null){//当链表中只有一个节点时
                        // （不加这个判断条件会导致else中的语句在只有一个节点时,空指针异常）
                        last = null;//当链表中只有一个节点时,last置空让第一个节点不再被last引用
                    }else {
                        head.prev = null;//移动后的头节点的前驱置空（第一个节点不在被引用，会被自动化回收）
                    }

                }else {//删除的不是第一个节点
                    cur.prev.next = cur.next;//让cur的前一个节点的next后驱指向cur的后一个节点
                    if(cur.next == null){//删除的是最后一个节点,把last置空让第一个节点不再被last引用
                        last = last.prev;
                    }else {//删除的是中间节点
                        cur.next.prev = cur.prev;//让cur的后一个节点的前驱指向cur的前一个节点
                    }
                }
            }
                cur = cur.next;
        }
    }
得到双向链表的长度
java 复制代码 
        ListNode cur = this.head;//创建一个临时节点来替head节点完成工作
        //从而避免head = null的情况出现
        int count = 0;//用来计数
        while (cur != null){
            count++;
            cur = cur.next;
        }
        return count ;
清空
  1. 直接把头节点和尾节点置空（不推荐）
  2. 把每个节点的每个域都置空
java 复制代码 
    public void clear() {//清空链表
      ListNode cur = head;
      while (cur != null){
          ListNode temp = cur.next;//让temp指向cur的后驱指向的节点，让清空操纵正常进行
          //cur.val = null;//
          cur.prev = null;
          cur.next = null;
          cur = temp;
      }
      head = null;
      last = null;
    }
打印链表的数据

要创建一个临时节点来替head节点完成工作，从而避免head = null的情况出现

java 复制代码 
public void display() {//打印链表的数据
    ListNode cur = this.head;//创建一个临时节点来替head节点完成工作
    //从而避免head = null的情况出现
    while (cur != null){//打印的停止条件
        System.out.print(cur.value + " ");
        cur = cur.next;//让head指向下一个节点
    }
    System.out.println();
}

二、.LinkedList的使用

1.什么是LinkedList

LinkedList的底层是双向链表结构(链表后面介绍)，由于链表没有将元素存储在连续的空间中，元素存储在单独的节点中，然后通过引用将节点连接起来了，因此在在任意位置插入或者删除元素时，不需要搬移元素，效率比较高。

在集合框架中，LinkedList也实现了List接口，具体如下：

【说明】

  1. LinkedList实现了List接口
  2. LinkedList的底层使用了双向链表
  3. LinkedList没有实现RandomAccess接口，因此LinkedList不支持随机访问
  4. LinkedList的任意位置插入和删除元素时效率比较高，时间复杂度为O(1)
  5. LinkedList比较适合任意位置插入的场

2.LinkedList的使用（ * * ）

1. LinkedList的构造

java 复制代码 
public static void main(String[] args) {
	// 构造一个空的LinkedList
	List<Integer> list1 = new LinkedList<>();
	List<String> list2 = new java.util.ArrayList<>();
	list2.add("JavaSE");
	list2.add("JavaWeb");
	list2.add("JavaEE");
	// 使用ArrayList构造LinkedList
	List<String> list3 = new LinkedList<>(list2);
}

2. LinkedList的其他常用方法介绍

方法 解释
void addLast(E e) 尾插 e
void add(int index, E element) 将 e 插入到 index 位置
boolean addAll(Collection<? extends E> c) 尾插 c 中的元素
E remove(int index) 删除 index 位置元素
boolean remove(Object o) 删除遇到的第一个 o
E get(int index) 获取下标 index 位置元素
E set(int index, E element) 将下标 index 位置元素设置为 element
void clear() 清空
boolean contains(Object o) 判断 o 是否在链表中
int indexOf(Object o) 返回第一个 o 所在下标
int lastIndexOf(Object o) 返回最后一个 o 的下标
List< E > subList(int fromIndex, int toIndex) 截取部分 list

（? extends E）是指 ：？是不是E本身或者E的子类

首先创建一个Integer类型的链表表并存入一些数字，并打印一下链表的大小和链表

java 复制代码 
inkedList<Integer> list = new LinkedList<>();
            list.add(1); // add(elem): 表示尾插
            list.add(2);
            list.add(3);
            list.add(4);
            list.add(5);
            list.add(6);
            list.add(7);
            System.out.println(list.size());
            System.out.println(list);

在起始位置插入0

java 复制代码 
            list.add(0, 0); // add(index, elem): 在index位置插入元素elem
            System.out.println(list);

remove(): 删除第一个元素，内部调用的是removeFirst()

java 复制代码 
			list.remove(); // remove(): 删除第一个元素，内部调用的是removeFirst()
            System.out.println(list);

removeFirst(): 删除第一个元素

java 复制代码 
			list.removeFirst(); // removeFirst(): 删除第一个元素
            System.out.println(list);

removeLast(): 删除最后元素

java 复制代码 
            list.removeLast(); // removeLast(): 删除最后元素
            System.out.println(list);

remove(index): 删除index位置的元素

java 复制代码 
            list.remove(1); // remove(index): 删除index位置的元素
            System.out.println(list);

contains(elem): 检测elem元素是否存在，如果存在返回true，否则返回false

java 复制代码 
            if(!list.contains(1)){//1如果不存在就进入if
                list.add(0, 1);
            }
            list.add(1);//内部调用的是linkLast(e);
            System.out.println(list);

indexOf(elem): 从前往后找到第一个elem的位置

java 复制代码 
            System.out.println(list.indexOf(1)); // indexOf(elem): 从前往后找到第一个elem的位置

lastIndexOf(elem): 从后往前找第一个1的位置

java 复制代码 
System.out.println(list.lastIndexOf(1)); // lastIndexOf(elem): 从后往前找第一个1的位置

get(index): 获取指定位置元素

java 复制代码 
            int elem = list.get(0); // get(index): 获取指定位置元素
            System.out.println(elem);

set(index, elem): 将index位置的元素设置为elem

java 复制代码 
            list.set(0, 100); // set(index, elem): 将index位置的元素设置为elem
            System.out.println(list);

subList(from, to): 用list中[from, to)之间的元素构造一个新的LinkedList返回

java 复制代码 
            List<Integer> copy = list.subList(0, 3);
            System.out.println(list);
            System.out.println(copy);

            copy.add( 0,5656);
            System.out.println(list);
            System.out.println(copy);

将list中元素清空

java 复制代码 
            list.clear(); // 将list中元素清空
            System.out.println(list.size());

完整代码：

java 复制代码 
      public static void main(String[] args) {
            LinkedList<Integer> list = new LinkedList<>();
            list.add(1); // add(elem): 表示尾插
            list.add(2);
            list.add(3);
            list.add(4);
            list.add(5);
            list.add(6);
            list.add(7);
            System.out.println(list.size());
            System.out.println(list);
// 在起始位置插入0
            list.add(0, 0); // add(index, elem): 在index位置插入元素elem
            System.out.println(list);
            list.remove(); // remove(): 删除第一个元素，内部调用的是removeFirst()
            list.removeFirst(); // removeFirst(): 删除第一个元素
            list.removeLast(); // removeLast(): 删除最后元素
            list.remove(1); // remove(index): 删除index位置的元素
            System.out.println(list);
// contains(elem): 检测elem元素是否存在，如果存在返回true，否则返回false
            if(!list.contains(1)){
                list.add(0, 1);
            }
            list.add(1);
            System.out.println(list);
            System.out.println(list.indexOf(1)); // indexOf(elem): 从前往后找到第一个elem的位置
            System.out.println(list.lastIndexOf(1)); // lastIndexOf(elem): 从后往前找第一个1的位置
            int elem = list.get(0); // get(index): 获取指定位置元素
            list.set(0, 100); // set(index, elem): 将index位置的元素设置为elem
            System.out.println(list);
// subList(from, to): 用list中[from, to)之间的元素构造一个新的LinkedList返回
            List<Integer> copy = list.subList(0, 3);
            System.out.println(list);
            System.out.println(copy);
            list.clear(); // 将list中元素清空
            System.out.println(list.size());
    }

3.LinkedList的遍历

ArrayList 可以使用三方方式遍历：for循环+下标、foreach、使用迭代器

java 复制代码 
    public static void main(String[] args) {
        LinkedList<Integer> list = new LinkedList<>();
        list.add(1); // add(elem): 表示尾插
        list.add(2);
        list.add(3);
        list.add(4);
        list.add(5);
        list.add(6);
        list.add(7);
        System.out.println(list.size());

        //for循环+下标遍历
        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
            System.out.print(list.get(i) + " ");
        }
        System.out.println();
// foreach遍历
        for (int e:list) {
            System.out.print(e + " ");
        }
        System.out.println();
// 使用迭代器遍历---正向遍历 要导包--》import java.util.ListIterator;
        ListIterator<Integer> it = list.listIterator();
        while(it.hasNext()){
            System.out.print(it.next()+ " ");
        }
        System.out.println();
// 使用反向迭代器---反向遍历   要导包--》import java.util.ListIterator;
        ListIterator<Integer> rit = list.listIterator(list.size());
        while (rit.hasPrevious()){
            System.out.print(rit.previous() +" ");
        }
        System.out.println();
    }

三、ArrayList和LinkedList的区别

如果经常根据下标进行查找的，可以使用顺序表Array list。

如果经常进行插入和删除的，可以使用链表Linked list。

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