变幻莫测的链表

简介: 双链表单链表中的指针域只能指向节点的下一个节点。双链表:每一个节点有两个指针域,一个指向下一个节点,一个指向上一个节点。双链表 既可以向前查询也可以向后查询。

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一:链表的类型

单链表

什么是链表,链表是一种通过指针串联在一起的线性结构,每一个节点由两部分组成,一个是数据域一个是指针域(存放指向下一个节点的指针),最后一个节点的指针域指向null(空指针的意思)。

链表的入口节点称为链表的头结点也就是head。

如图所示: 链表1
在这里插入图片描述

双链表

单链表中的指针域只能指向节点的下一个节点。

双链表:每一个节点有两个指针域,一个指向下一个节点,一个指向上一个节点。

双链表 既可以向前查询也可以向后查询。

如图所示: 链表2

循环链表

循环链表,顾名思义,就是链表首尾相连。

循环链表可以用来解决约瑟夫环问题。

链表4

二:链表的存储方式

了解完链表的类型,再来说一说链表在内存中的存储方式。

数组是在内存中是连续分布的,但是链表在内存中可不是连续分布的。

链表是通过指针域的指针链接在内存中各个节点。

所以链表中的节点在内存中不是连续分布的 ,而是散乱分布在内存中的某地址上,分配机制取决于操作系统的内存管理。

如图所示:

链表3

这个链表起始节点为2, 终止节点为7, 各个节点分布在内存的不同地址空间上,通过指针串联在一起。

在这里插入图片描述

三:链表的定义

public class ListNode {
    // 结点的值
    int val;

    // 下一个结点
    ListNode next;

    // 节点的构造函数(无参)
    public ListNode() {
    }

    // 节点的构造函数(有一个参数)
    public ListNode(int val) {
        this.val = val;
    }

    // 节点的构造函数(有两个参数)
    public ListNode(int val, ListNode next) {
        this.val = val;
        this.next = next;
    }
}

删除节点

删除D节点,如图所示:

链表-删除节点

只要将C节点的next指针 指向E节点就可以了。

添加节点

如图所示:

链表-添加节点

可以看出链表的增添和删除都是O(1)操作,也不会影响到其他节点。

但是要注意,要是删除第五个节点,需要从头节点查找到第四个节点通过next指针进行删除操作,查找的时间复杂度是O(n)。

四:实战练习

1.设计链表

力扣链接

设计链表的实现。您可以选择使用单链表或双链表。单链表中的节点应该具有两个属性:val 和 next。val 是当前节点的值,next 是指向下一个节点的指针/引用。如果要使用双向链表,则还需要一个属性 prev 以指示链表中的上一个节点。假设链表中的所有节点都是 0-index 的。

在链表类中实现这些功能:

get(index):获取链表中第 index 个节点的值。如果索引无效,则返回-1。

addAtHead(val):在链表的第一个元素之前添加一个值为 val 的节点。插入后,新节点将成为链表的第一个节点。

addAtTail(val):将值为 val 的节点追加到链表的最后一个元素。

addAtIndex(index,val):在链表中的第 index 个节点之前添加值为 val 的节点。如果 index 等于链表的长度,则该节点将附加到链表的末尾。如果

index 大于链表长度,则不会插入节点。如果index小于0,则在头部插入节点。

deleteAtIndex(index):如果索引 index 有效,则删除链表中的第 index 个节点。

示例:

MyLinkedList linkedList = new MyLinkedList();
linkedList.addAtHead(1);
linkedList.addAtTail(3);
linkedList.addAtIndex(1,2); //链表变为1-> 2-> 3
linkedList.get(1); //返回2
linkedList.deleteAtIndex(1); //现在链表是1-> 3
linkedList.get(1); //返回3

在这里插入图片描述

//单链表
class ListNode {
    int val;
    ListNode next;
    ListNode(){}
    ListNode(int val) {
        this.val=val;
    }
}
class MyLinkedList {
    //size存储链表元素的个数
    int size;
    //虚拟头结点
    ListNode head;

    //初始化链表
    public MyLinkedList() {
        size = 0;
        head = new ListNode(0);
    }

    //获取第index个节点的数值,注意index是从0开始的,第0个节点就是头结点
    public int get(int index) {
        //如果index非法,返回-1
        if (index < 0 || index >= size) {
            return -1;
        }
        ListNode currentNode = head;
        //包含一个虚拟头节点,所以查找第 index+1 个节点
        for (int i = 0; i <= index; i++) {
            currentNode = currentNode.next;
        }
        return currentNode.val;
    }

    //在链表最前面插入一个节点,等价于在第0个元素前添加
    public void addAtHead(int val) {
        addAtIndex(0, val);
    }

    //在链表的最后插入一个节点,等价于在(末尾+1)个元素前添加
    public void addAtTail(int val) {
        addAtIndex(size, val);
    }

    // 在第 index 个节点之前插入一个新节点,例如index为0,那么新插入的节点为链表的新头节点。
    // 如果 index 等于链表的长度,则说明是新插入的节点为链表的尾结点
    // 如果 index 大于链表的长度,则返回空
    public void addAtIndex(int index, int val) {
        if (index > size) {
            return;
        }
        if (index < 0) {
            index = 0;
        }
        size++;
        //找到要插入节点的前驱
        ListNode pred = head;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            pred = pred.next;
        }
        ListNode toAdd = new ListNode(val);
        toAdd.next = pred.next;
        pred.next = toAdd;
    }

    //删除第index个节点
    public void deleteAtIndex(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            return;
        }
        size--;
        if (index == 0) {
            head = head.next;
        return;
        }
        ListNode pred = head;
        for (int i = 0; i < index ; i++) {
            pred = pred.next;
        }
        pred.next = pred.next.next;
    }
}

2. 移除链表元素

力扣链接

给你一个链表的头节点 head 和一个整数 val ,请你删除链表中所有满足 Node.val == val 的节点,并返回 新的头节点 。

示例 1:

输入:head = [1,2,6,3,4,5,6], val = 6
输出:[1,2,3,4,5]

示例 2:

输入:head = [], val = 1
输出:[]

也可以用迭代的方法删除链表中所有节点值等于特定值的节点。

用temp表示当前节点。如果temp的下一个节点不为空且下一个节点的节点值等于给定的val,则需要删除下一个节点。删除下一个节点可以通过以下做法实现:

                                    temp.nect = temp.neat.next

如果temp的下一个节点的节点值不等于给定的val,则保留下一个节点,将temp移动到下一个节点即可。

当temp的下一个节点为空时,链表遍历结束,此时所有节点值等于val的节点都被删除。

具体实现方面,由于链表的头节点head有可能需要被删除,因此创建哑节点dummgHead,令dummgHead.next = head,初始化 temp = dummyHead,然后遍历链表进行删除操作。最终返回dummyHead.next 即为删除操作后的头节点。

class Solution {
    public ListNode removeElements(ListNode head, int val) {
        ListNode dummyHead = new ListNode(0);
        dummyHead.next = head;
        ListNode temp = dummyHead;
        while (temp.next != null) {
            if (temp.next.val == val) {
                temp.next = temp.next.next;
            } else {
                temp = temp.next;
            }
        }
        return dummyHead.next;
    }
}

最后说一句

感谢大家的阅读,文章通过网络资源与自己的学习过程整理出来,希望能帮助到大家。

才疏学浅,难免会有纰漏,如果你发现了错误的地方,可以提出来,我会对其加以修改。

在这里插入图片描述

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