数据结构青铜到王者第四话---LinkedList与链表(1)

目录

一、链表

1、链表的概念及结构

2、链表的实现

二、常见的链表题目练习

[1、删除链表中等于给定值 val 的所有结点。](#1、删除链表中等于给定值 val 的所有结点。)

2、反转一个单链表。

[3、给定一个带有头结点 head 的非空单链表,返回链表的中间结点。如果有两个中间结点,则返回第二个中间结点。](#3、给定一个带有头结点 head 的非空单链表,返回链表的中间结点。如果有两个中间结点,则返回第二个中间结点。)

4、将两个有序链表合并为一个新的有序链表并返回。新链表是通过拼接给定的两个链表的所有节点组成的。

[5、编写代码,以给定值x为基准将链表分割成两部分,所有小于x的结点排在大于或等于x的结点之前 。](#5、编写代码,以给定值x为基准将链表分割成两部分,所有小于x的结点排在大于或等于x的结点之前 。)


前面我们已经熟悉了ArrayList的使用,与此同时还进行了简单的模拟实现。通过查看源代码我们可以知道,ArrayList的底层是使用数组来进行元素的存储的:

java 复制代码
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
       implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
 
    // ...
   
    //  默认容量是10
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
 
    //...
    
    // 数组:用来存储元素
    transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
    
    // 有效元素个数
    private int size;
 
 
    public ArrayList(int initialCapacity) {
        if (initialCapacity > 0) {
            this.elementData = new Object[initialCapacity];
        } else if (initialCapacity == 0) {
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        } else {
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: " + initialCapacity);
        }
    }
    
    // ...
}

由于其底层是一段连续空间,当在ArrayList任意位置插入或者删除元素时,就需要将后序元素整体往前或者往后搬移,时间复杂度为O(n),效率比较低 ,因此ArrayList不适合做任意位置插入和删除比较多的场景。因此:java 集合中又引入了LinkedList,也就是链表结构。

一、链表

1、链表的概念及结构

链表是一种物理存储结构上非连续 存储结构,数据元素的逻辑顺序 是通过链表中的引用链接次序实现的。

#注:

(1)从上图可以看出,链表结构在逻辑上是连续的,但在物理上不一定连续

(2)现实中的结点一般都是从堆上申请出来的

(3)从堆上申请的空间,是按照一定的策略来分配的,两次申请的空间可能连续,也可能不连续

实际中的链表结构有很多种,以下的情况组合起来就有8种链表结构:

(1)单向或者双向

(2)带头或者不带头

(3)循环或者非循环

虽然有这么多的链表的结构,但是我们重点掌握两种就可以了:

(1)无头单向非循环链表:结构简单,一般不会单独用来存数据。实际中更多是作为其他数据结构的子结构,如哈希桶、图的邻接表等等。

(2)无头双向链表:在Java的集合框架库中LinkedList底层实现就是无头双向循环链表。

2、链表的实现

java 复制代码
 // 无头单向非循环链表实现
 public class SingleLinkedList {
    //头插法
    public void addFirst(int data){
        ListNode node = new ListNode(data);
        node.next = head;
        head = node;
    }
 
    //尾插法
    public void addLast(int data){
        ListNode node = new ListNode(data);
        if(head == null) {
            head = node;
            return;
        }
        ListNode cur = head;
        while (cur.next != null) {
            cur = cur.next;
        }
        cur.next = node;
    }
 
    //任意位置插入,第一个数据节点为0号下标
    public void addIndex(int index,int data){
        int len = size();
        if(index < 0 || index > len) {
            System.out.println("index位置不合法");
            return;
        }
        if(index == 0) {
            addFirst(data);
            return;
        }
        if(index == len) {
            addLast(data);
            return;
        }
        //中间插入
        ListNode cur = head;
        while (index - 1 != 0) {
            cur = cur.next;
            index--;
        }
        ListNode node = new ListNode(data);
        node.next = cur.next;
        cur.next = node;
    }
 
    //查找是否包含关键字key是否在单链表当中
    public boolean contains(int key){
        ListNode cur = head;
        while (cur != null) {
            if(cur.val == key) {
                return true;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return false;
    }
 
    //删除第一次出现关键字为key的节点
    public void remove(int key){
        if(head == null) {
            return;
        }
        if(head.val == key) {
            head = head.next;
            return;
        }
        ListNode cur = findNodeOfKey(key);
        if(cur == null) {
            return;
        }
        ListNode del = cur.next;
        cur.next = del.next;
    }
    private ListNode findNodeOfKey(int key) {
        ListNode cur = head;
        while (cur.next != null) {
            if(cur.next.val == key) {
                return cur;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return null;
    }
 
    //删除所有值为key的节点
    public void removeAllKey(int key){
        if(head == null) {
            return;
        }
        ListNode prev = head;
        ListNode cur = head.next;
        while (cur != null) {
            if(cur.val == key) {
                prev.next = cur.next;
                cur = cur.next;
            }else {
                prev = cur;
                cur = cur.next;
            }
        }
        if(head.val == key) {
            head = head.next;
        }
    }
 
    //得到单链表的长度
    public int size(){
        int len = 0;
        ListNode cur = head;
        while (cur != null) {
            len++;
            cur = cur.next;
        }
        return len; 
    }
   
    public void clear() {
        ListNode cur = head;
        while (cur != null) {
            ListNode curN = cur.next;
            cur.next = null;
            cur = curN;
        }
        head = null;
    }
   
    public void display() {
        ListNode cur = head;
        while (cur != null) {
            System.out.print(cur.val+" ");
            cur = cur.next;
        }
        System.out.println();
    }

二、常见的链表题目练习

对于链表而言,懂得是怎样实现的之后最好的方法也就是去做习题进行练习!!!

1、删除链表中等于给定值 val 的所有结点。

203. 移除链表元素 - 力扣(LeetCode)

对于这个题,很简单,但是要记得考虑链表为空的情况!!!

然后去比较即可,若是相等就把其前一个结点的地址改为它后一个结点的地址,直接将相等的跳过即可(如第2个结点,就让第1个结点去存储第3个结点的地址)

java 复制代码
class Solution {
    public ListNode removeElements(ListNode head, int val) {
        if (head == null) {
            return head;
        }
        head.next = removeElements(head.next, val);
        return head.val == val ? head.next : head;
    }
}

2、反转一个单链表。

206. 反转链表 - 力扣(LeetCode)

这一题给了我们头结点(head),我们就可以依次找到后面的所有结点,将我们所找到的结点依次进行头插入就可以完成(因为给了1,我们可以依次得到2345,但是最终要得到54321,所以进行头插入)

java 复制代码
class Solution {
    public ListNode reverseList(ListNode head) {
        ListNode prev = null;
        ListNode curr = head;
        while (curr != null) {
            ListNode next = curr.next;
            curr.next = prev;
            prev = curr;
            curr = next;
        }
        return prev;
    }
}

3、给定一个带有头结点 head 的非空单链表,返回链表的中间结点。如果有两个中间结点,则返回第二个中间结点。

876. 链表的中间结点 - 力扣(LeetCode)

这里,我们需要用到一个新的解题方式----快慢指针(就是用两个指针同时出发)

在这个题里面要找到中间结点,那么就用两个指针,快指针一次走两步,慢指针一次走一步,那么当快指针走到末尾无法再走时,慢指针恰好走到中间(奇偶情况如下图)

java 复制代码
class Solution {
    public ListNode middleNode(ListNode head) {
        ListNode slow = head, fast = head;
        while (fast != null && fast.next != null) {
            slow = slow.next;
            fast = fast.next.next;
        }
        return slow;
    }
}

4、将两个有序链表合并为一个新的有序链表并返回。新链表是通过拼接给定的两个链表的所有节点组成的。

21. 合并两个有序链表 - 力扣(LeetCode)

这里说到有序链表,所以可以先建立一个新的链表,再将两个旧链表从头依次开始比较,谁小谁就尾插进新链表,而其所在的链表就要拿出下一个结点进行下一轮的比较,直到一方为空(即比完了),那么让非空的链表将剩余部分尾插到新链表,再返回新链表头结点的下一个结点即可

java 复制代码
class Solution {
    public ListNode mergeTwoLists(ListNode l1, ListNode l2) {
        ListNode prehead = new ListNode(-1);
 
        ListNode prev = prehead;
        while (l1 != null && l2 != null) {
            if (l1.val <= l2.val) {
                prev.next = l1;
                l1 = l1.next;
            } else {
                prev.next = l2;
                l2 = l2.next;
            }
            prev = prev.next;
        }
 
        // 合并后 l1 和 l2 最多只有一个还未被合并完,我们直接将链表末尾指向未合并完的链表即可
        prev.next = l1 == null ? l2 : l1;
 
        return prehead.next;
    }
}

5、编写代码,以给定值x为基准将链表分割成两部分,所有小于x的结点排在大于或等于x的结点之前 。

链表分割_牛客题霸_牛客网

创建四个空表,两两一组,先比较与x的大小关系,(bs是小于x的头记录,be记录小于x的尾),第一次找到大于等于或小于的结点时都是先同时等于头结点,然后e依次去记录后面的,直到遍历完整个链表。这时要考虑小于x的链表为空的情况,若是为空直接返回大于x的链表,否则把小于x的链表的尾连接上大于x的链表的头(并且将大于x的链表尾结点置为null)

java 复制代码
public ListNode partition(int x) {
        // write code here
        ListNode bs = null;
        ListNode be = null;
        ListNode as = null;
        ListNode ae = null;
        ListNode cur = head;
        while (cur != null) {
            if(cur.val < x) {
                //第一次插入
                if(bs == null) {
                    bs = be = cur;
                }else {
                    be.next = cur;
                    be = be.next;
                }
            }else {
                if(as == null) {
                    as = ae = cur;
                }else {
                    ae.next = cur;
                    ae = ae.next;
                }
            }
            cur = cur.next;
        }
        if(bs == null) {
            return as;
        }
        be.next = as;
        //不管第二部分是否最后一个节点为空 都手动置为空
        if(as != null) {
            ae.next = null;
        }
        return bs;
 }

由于内容较多,会分为多篇讲解,预知后续内容,请看后续博客!!!