LinkedList与链表

冻咸鱼2025-09-24 15:33

1. ArrayList的缺陷

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，即链表结构。

2. 链表

2.1 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 。

注意：

  1. 链式结构在逻辑上是连续的，但在物理上不一定是连续的

  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，可能不连续

实际中链表的结构非常多样，以下情况组合起来就有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

常用：

  • 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。

  • 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

2.2 链表的实现

复制代码 
// 1、无头单向非循环链表实现
public class SingleLinkedList {
//头插法
public void addFirst(int data){
}
//尾插法
public void addLast(int data){
}
//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){
}
//查找是否包含关键字key是否在单链表当中
public boolean contains(int key){
return false;
}
//删除第一次出现关键字为key的节点
public void remove(int key){
}
//删除所有值为key的节点
public void removeAllKey(int key){
}
//得到单链表的长度
public int size(){
return -1;
}
public void clear() {
}
public void display() {}
}

3.链表题

  1. 删除链表中等于给定值 val 的所有节点。 OI链接
复制代码 
public void removeAllKey(int key) {
        if(head == null) {
            return;
        }
        ListNode pre = head;
        ListNode cur = head;
        while (cur != null){
            if(cur.val == key){
                pre.next = cur.next;
                cur = cur.next;
                continue;
            }
            pre = cur;
            cur = cur.next;
        }
        if(head.val == key){
            head = head.next;
        }
    }

  1. 反转一个单链表。反转链表

    复制代码 
    public ListNode reverseList(ListNode head) {
        if(head == null){
            return head;
        }
        ListNode cur = head.next;
        ListNode curN = cur.next;
        head.next = null;
        while (cur != null){
            cur.next = head;
            head = cur;
            cur = curN.next;
        }
        return head;
    }

  1. 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。链表的中间结点

    复制代码 
    public ListNode middleNode(ListNode head) {
        if(head == null){
            return head;
        }
        ListNode fast = head;
        ListNode slow = head;
        while (fast != null && fast.next != null){
            fast = fast.next.next;
            slow = slow.next;
        }
        return slow;
    }
  1. 输入一个链表，输出该链表中倒数第k个结点。返回倒数第 k 个节点
复制代码 
 public int kthToLast(ListNode head, int k) {
        if(head == null){
            return -1;
        }
        if(k <= 0){
            return -1;
        }
        ListNode fast = head;
        ListNode slow = head;
        int cout = 0;
        while(cout != k-1){
            fast = fast.next;
            if(fast == null){
            return -1;
            }
            cout++;
        }
        while(fast.next != null){
            fast = fast.next;
            slow = slow.next;
        }
        return slow.val;
    }

  1. 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。合并两个有序链表

    复制代码 
    public ListNode mergeTwoLists(ListNode list1, ListNode list2) {
        ListNode newList = new ListNode(-1);
        ListNode tmp = newList;
​
        while(list1 != null && list2 != null){
            if(list1.val < list2.val){
            tmp.next = list1;
            list1 = list1.next;
            tmp = tmp.next;
            } else {
            tmp.next = list2;
            list2 = list2.next;
            tmp = tmp.next;
            }
        }
        if(list1 != null){
            tmp.next = list1;
        } else {
            tmp.next = list2;
        }
​
        return newList.next; 
​
    }

  1. 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

    复制代码 
    public ListNode partition(ListNode pHead, int x) {
        ListNode as = null;
        ListNode ae = null;
        ListNode bs = null;
        ListNode be = null;
        ListNode cur = pHead;
​
        while(cur != null){
            if(cur.val < x){
                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(as != null){
            ae.next = null;
        }
        if(bs == null){
            return as;
        } 
        be.next = as;
        return bs;
        
    }

  1. . 链表的回文结构。链表的回文结构

    复制代码 
    public boolean chkPalindrome(ListNode A) {
        // write code here
        if(A == null) return true;
        ListNode fast = A;
        ListNode slow = A;
        while(fast != null && fast.next != null){
            fast = fast.next.next;
            slow = slow.next;
        }
        ListNode cur = slow.next;
        while(cur != null){
            ListNode curN = cur.next;
            cur.next = slow;
            slow = cur;
            cur = curN; 
        }
        ListNode head = A;
        while(head != slow){
            if(head.val != slow.val){
                return false;
            }
            if(head.next == slow){
                return true;
            }
            head = head.next;
            slow = slow.next;
        }
        return true;
    }

  1. 输入两个链表，找出它们的第一个公共结点。相交链表

    复制代码 
    public ListNode getIntersectionNode(ListNode headA, ListNode headB) {
        ListNode pl = headA;
        ListNode ps = headB;
        //1.先求2个链表的长度
        int lenA = 0;
        int lenB = 0;
        while(pl != null) {
            lenA++;
            pl = pl.next;
        }
        while(ps != null) {
            lenB++;
            ps = ps.next;
        }
        pl = headA;
        ps = headB;
        //2. 求一下差值
        int len = lenA -lenB;
        if(len < 0) {
            pl = headB;
            ps = headA;
            len = lenB -lenA;
        }
        //走完上述2步，pl一定指向最长的链表 ps 一定指向最短的链表
        // 接下来的操作 只需要操作 pl  和 ps 就行了
        //3. 让最长的链表 走len步
        while(len != 0) {
            pl = pl.next;
            len--;
        }
        //4.两个引用同时走 直到他们相遇
        while(pl != ps) {
            pl = pl.next;
            ps = ps.next;
        }
        if(pl == null) {
            return null;//没相交
        }
        return pl;
    }

  1. 给定一个链表，判断链表中是否有环。环形链表

    复制代码 
     public boolean hasCycle(ListNode head) {
        ListNode fast = head;
        ListNode slow = head;
        while(fast != null && fast.next != null){
            fast = fast.next.next;
            slow = slow.next;
            if(fast == slow){
                return true;
            }
        }
        return false;
    }
  1. 给定一个链表，返回链表开始入环的第一个节点。 如果链表无环，则返回 NULL 。环形链表 II
复制代码 
public ListNode detectCycle(ListNode head) {
        ListNode fast = head;
        ListNode slow = head;
        while(fast != null && fast.next != null){
            fast = fast.next.next;
            slow = slow.next;
            if(fast == slow){
                break;
            }
        }
        if(fast == null || fast.next == null){
            return null;
        }
        slow = head;
        while(slow != fast){
            slow = slow.next;
            fast = fast.next;
        }
        return slow;
    }

链表 - 力扣（LeetCode）全球极客挚爱的技术成长平台

牛客网在线编程编程学习|练习题数据结构|系统设计题库 (nowcoder.com)

4.LinkedList的模拟实现

复制代码 
// 2、无头双向链表实现
public class MyLinkedList {
//头插法
public void addFirst(int data){ }
//尾插法
public void addLast(int data){}
//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){}
//查找是否包含关键字key是否在单链表当中
public boolean contains(int key){}
//删除第一次出现关键字为key的节点
public void remove(int key){}
//删除所有值为key的节点
public void removeAllKey(int key){}
//得到单链表的长度
public int size(){}
public void display(){}
public void clear(){}
}

5.LinkedList的使用

5.1 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。

【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景

5.2 LinkedList的使用

  1. LinkedList的构造

    方法 解释
    LinkedList() 无参构造
    public LinkedList(Collection<? extends E> c) 使用其他集合容器中元素构造List
    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
boolean add(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 是否在线性表中
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 subList(int fromIndex, int toIndex) 截取部分 list
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