Java泛型实现四向节点矩阵链表

上周碰到一个Java的四向链表题，题目要求用泛型实现具有上下左右指针的四向节点，写一个算法生成 n x n 的四向节点矩阵链表，并写一个main函数接受输入n进行测试。比如输入3 ，则生成如下链表：

1 <-> 2 <> 3
^     ^    ^
|     |    |
v     v    v
4 <-> 5 <-> 6
^     ^    ^
|     |    |
v     v    v
7 <-> 8 <-> 9

我第一反应矩阵的话定个n*n的数组，然后把四个方向的连接配置好，写的时候注意边界节点特殊配置。后来才反应过来，这是一个算法题，要求用的是链表，汗！

那么，来实现这个四向链表的"算法题"吧

定义四向节点类

首先用泛型把四向节点Node4的类定义好, 里面有上下左右四个方向的成员变量以及节点数据data：

然后，写好构造函数，初始化成员：：

生成四向链表（按列优先）

然后，就可以写生成四向链表的静态函数了：

此处使用按列优先的方式依次生成n×n的四向链表。主要的实现逻辑如下：

• 一共两重循环。外层按列遍历，内层按行遍历。
• 外层循环按列构建：从左到右逐列创建。同时创建好当前列的头节点，并通过left和right指针左右连接前一列与当前列的头节点。
• 内层循环按行纵向填充列：从第二行开始从上到下创建第行节点，并通过up和down指针纵向连接。
• 同时还要横向跨列连接：通过left和right指针将当前列节点与左侧列的对应行节点连接。
• 每个节点数据值计算方法为：第col列、第row行的节点值为row*n + col + 1（从0开始索引）。

生成四向链表（按行优先）

当然，也可以用行优先的方式生成四向链表：

首先，单独生成根节点，并构建好第一行的横向链表：

然后，按行构建剩余各行，主要逻辑为：

• 还是一共两重循环。但是外层按行遍历，内层按列遍历。
• 外层循环按行构建：从上到下逐行创建剩余行。同时需要创建好当前行的头节点，并通过up和down指针上下连接前一行与当前行的头节点。
• 内层循环按列填充行：从左到右创建每列节点，并通过left和right指针横向连接。
• 同时纵向跨行连接：通过up和down指针将当前行节点与上一行的对应列节点连接。
• 每个节点数据值计算方法为：第row行、第col列的节点值为(row-1)*n + col（从1开始索引）。

测试用例

完成生成函数后, 就可以写测试用的遍历函数printNode4。

该函数先是从左上角根节点开始，从左到右，从上到下正向遍历，并打印节点数据：

然后是从右下角最后一个节点开始，从右到左，从下到上的逆向遍历：

最后，在main函数中分别调用两个生成函数，并传给遍历函数printNode4进行测试和输出：

可以看到当输入n=3时：，结果如下：

这个测试用例使用双向验证，通过正向和逆向两次遍历，全面验证四个方向的指针。正向遍历时，还用lastNode记录矩阵右下角节点，实现从尾节点开始的逆向遍历。在遍历过程中进行可视化输出，通过行列对齐的打印格式，直观展示二维链表结构。

这样做可以快速暴露以下问题：

• 错误的横向/纵向连接
• 边界节点（如最右侧/最下侧节点）的指针未置空
• 数据生成逻辑错误
• 双向指针不对称问题

以上就是Java泛型实现的具有上下左右指针的四向节点矩阵链表。 如有任何建议和意见，欢迎指正！

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