【愚公系列】2021年11月 C#版 数据结构与算法解析(链表)

简介: 【愚公系列】2021年11月 C#版 数据结构与算法解析(链表)

一:单链表实现原理

//链表类,包含链表定义及基本操作方法  
public class MyLinkList<T>
{
    private Node<T> head; //单链表的头结点  
    //头结点属性  
    public Node<T> Head
    {
        get
        {
            return head;
        }
        set
        {
            head = value;
        }
    }
    //构造器  
    public MyLinkList()
    {
        head = null;
    }
    //求单链表的长度  
    public int GetLength()
    {
        Node<T> p = head;
        int len = 0;
        while (p != null)
        {
            ++len;
            p = p.Next;
        }
        return len;
    }
    //清空单链表  
    public void Clear()
    {
        head = null;
    }
    //判断单链表是否为空  
    public bool IsEmpty()
    {
        if (head == null)
        {
            return true;
        }
        else
        {
            return false;
        }
    }
    //在单链表的末尾添加新元素  
    public void Append(T item)
    {
        Node<T> q = new Node<T>(item);
        Node<T> p = new Node<T>();
        if (head == null)
        {
            head = q;
            return;
        }
        p = head;
        while (p.Next != null)
        {
            p = p.Next;
        }
        p.Next = q;
    }
    //在单链表的第i个结点的位置前插入一个值为item的结点  
    public void Insert(T item, int i)
    {
        if (IsEmpty() || i < 1 || i > GetLength())
        {
            Console.WriteLine("LinkList is empty or Position is error!");
            return;
        }
        if (i == 1)
        {
            Node<T> q = new Node<T>(item);
            q.Next = head;
            head = q;
            return;
        }
        Node<T> p = head;
        Node<T> r = new Node<T>();
        int j = 1;
        while (p.Next != null && j < i)
        {
            r = p;
            p = p.Next;
            ++j;
        }
        if (j == i)
        {
            Node<T> q = new Node<T>(item);
            q.Next = p;
            r.Next = q;
        }
    }
    //在单链表的第i个结点的位置后插入一个值为item的结点  
    public void InsertPost(T item, int i)
    {
        if (IsEmpty() || i < 1 || i > GetLength())
        {
            Console.WriteLine("LinkList is empty or Position is error!");
            return;
        }
        if (i == 1)
        {
            Node<T> q = new Node<T>(item);
            q.Next = head.Next;
            head.Next = q;
            return;
        }
        Node<T> p = head;
        int j = 1;
        while (p != null && j < i)
        {
            p = p.Next;
            ++j;
        }
        if (j == i)
        {
            Node<T> q = new Node<T>(item);
            q.Next = p.Next;
            p.Next = q;
        }
    }
    //删除单链表的第i个结点  
    public T Delete(int i)
    {
        if (IsEmpty() || i < 0 || i > GetLength())
        {
            Console.WriteLine("LinkList is empty or Position is error!");
            return default(T);
        }
        Node<T> q = new Node<T>();
        if (i == 1)
        {
            q = head;
            head = head.Next;
            return q.Data;
        }
        Node<T> p = head;
        int j = 1;
        while (p.Next != null && j < i)
        {
            ++j;
            q = p;
            p = p.Next;
        }
        if (j == i)
        {
            q.Next = p.Next;
            return p.Data;
        }
        else
        {
            Console.WriteLine("The " + i + "th node is not exist!");
            return default(T);
        }
    }
    //获得单链表的第i个数据元素  
    public T GetElem(int i)
    {
        if (IsEmpty() || i < 0)
        {
            Console.WriteLine("LinkList is empty or position is error! ");
            return default(T);
        }
        Node<T> p = new Node<T>();
        p = head;
        int j = 1;
        while (p.Next != null && j < i)
        {
            ++j;
            p = p.Next;
        }
        if (j == i)
        {
            return p.Data;
        }
        else
        {
            Console.WriteLine("The " + i + "th node is not exist!");
            return default(T);
        }
    }
    //在单链表中查找值为value的结点  
    public int Locate(T value)
    {
        if (IsEmpty())
        {
            Console.WriteLine("LinkList is Empty!");
            return -1;
        }
        Node<T> p = new Node<T>();
        p = head;
        int i = 1;
        while (!p.Data.Equals(value) && p.Next != null)
        {
            p = p.Next;
            ++i;
        }
        return i;
    }
    //显示链表  
    public void Display()
    {
        Node<T> p = new Node<T>();
        p = this.head;
        while (p != null)
        {
            Console.Write(p.Data + " ");
            p = p.Next;
        }
    }
}
public class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        MyLinkList<string> myLinkList = new MyLinkList<string>(); //实例化一个单链表  
        Console.WriteLine(myLinkList.GetLength());   //获取长度  
        //添加元素  
        myLinkList.Append("good");
        myLinkList.Append("monring");
        myLinkList.Append("lwk");
        myLinkList.Insert("!", 5);  //在i结点前插元素,位置错误测试  
        myLinkList.InsertPost("!", 5);  //在i结点后插元素,位置错误测试  
        myLinkList.InsertPost("!", 3);  //后插元素  
        myLinkList.Insert(",", 3);  //前插元素  
        myLinkList.Display();  //显示链表元素  
        Console.WriteLine(myLinkList.GetElem(4));//获取结点,并显示  
        myLinkList.Delete(1);  //删除结点  
        myLinkList.Display();
        Console.WriteLine(myLinkList.GetLength()); //显示链表长度  
        Console.Read();
    }
}

二:双向链表实现原理

using System;
using System.Text;
namespace 线性表
{
  public class DbLinkList<T> : IListDS<T>
  {
    private DbNode<T> head;
    public DbNode<T> Head
    {
      get { return head; }
      set { head = value; }
    }
    public DbLinkList()
    {
      head = null;
    }
    /// <summary>
    /// 类索引器
    /// </summary>
    /// <param name="index"></param>
    /// <returns></returns>
    public T this[int index] 
    {
      get
      {
        return this.GetItemAt(index);
      }
    }
    /// <summary>
    /// 返回单链表的长度
    /// </summary>
    /// <returns></returns>
    public int Count()
    {
      DbNode<T> p = head;
      int len = 0;
      while (p != null)
      {
        len++;
        p = p.Next;
      }
      return len;
    }
    /// <summary>
    /// 清空
    /// </summary>
    public void Clear()
    {
      head = null;
    }
    /// <summary>
    /// 是否为空
    /// </summary>
    /// <returns></returns>
    public bool IsEmpty()
    {
      return head == null;
    }
    /// <summary>
    /// 在最后附加元素
    /// </summary>
    /// <param name="item"></param>
    public void Append(T item)
    {
      DbNode<T> d = new DbNode<T>(item);
      DbNode<T> n = new DbNode<T>();
      if (head == null)
      {
        head = d;
        return;
      }
      n = head;
      while (n.Next != null)
      {
        n = n.Next;
      }
      n.Next = d;
      d.Prev = n;
    }
    //前插
    public void InsertBefore(T item, int i)
    {
      if (IsEmpty() || i < 0)
      {
        Console.WriteLine("List is empty or Position is error!");
        return;
      }
      //在最开头插入
      if (i == 0)
      {
        DbNode<T> q = new DbNode<T>(item);
        q.Next = head;//把"头"改成第二个元素
        head.Prev = q;
        head = q;//把自己设置为"头"
        return;
      }
      DbNode<T> n = head;
      DbNode<T> d = new DbNode<T>();
      int j = 0;
      //找到位置i的前一个元素d
      while (n.Next != null && j < i)
      {
        d = n;
        n = n.Next;
        j++;
      }
      if (n.Next == null) //说明是在最后节点插入(即追加)
      {
        DbNode<T> q = new DbNode<T>(item);
        n.Next = q;
        q.Prev = n;
        q.Next = null;
      }
      else
      {
        if (j == i)
        {
          DbNode<T> q = new DbNode<T>(item);
          d.Next = q;
          q.Prev = d;
          q.Next = n;
          n.Prev = q;
        }
      }
    }
    /// <summary>
    /// 在位置i后插入元素item
    /// </summary>
    /// <param name="item"></param>
    /// <param name="i"></param>
    public void InsertAfter(T item, int i)
    {
      if (IsEmpty() || i < 0)
      {
        Console.WriteLine("List is empty or Position is error!");
        return;
      }
      if (i == 0)
      {
        DbNode<T> q = new DbNode<T>(item);
        q.Next = head.Next;
        head.Next.Prev = q;
        head.Next = q;
        q.Prev = head;
        return;
      }
      DbNode<T> p = head;
      int j = 0;
      while (p != null && j < i)
      {
        p = p.Next;
        j++;
      }
      if (j == i)
      {
        DbNode<T> q = new DbNode<T>(item);
        q.Next = p.Next;
        if (p.Next != null)
        {
          p.Next.Prev = q;
        }
        p.Next = q;
        q.Prev = p;
      }
      else      
      {
        Console.WriteLine("Position is error!");
      }
    }
    /// <summary>
    /// 删除位置i的元素
    /// </summary>
    /// <param name="i"></param>
    /// <returns></returns>
    public T RemoveAt(int i)
    {
      if (IsEmpty() || i < 0)
      {
        Console.WriteLine("Link is empty or Position is error!");
        return default(T);
      }
      DbNode<T> q = new DbNode<T>();
      if (i == 0)
      {
        q = head;
        head = head.Next;
        head.Prev = null;
        return q.Data;
      }
      DbNode<T> p = head;
      int j = 0;
      while (p.Next != null && j < i)
      {
        j++;
        q = p;
        p = p.Next;
      }
      if (j == i)
      {
        p.Next.Prev = q;
        q.Next = p.Next;        
        return p.Data;
      }
      else
      {
        Console.WriteLine("The node is not exist!");
        return default(T);
      }
    }
    /// <summary>
    /// 获取指定位置的元素
    /// </summary>
    /// <param name="i"></param>
    /// <returns></returns>
    public T GetItemAt(int i)
    {
      if (IsEmpty())
      {
        Console.WriteLine("List is empty!");
        return default(T);
      }
      DbNode<T> p = new DbNode<T>();
      p = head;
      if (i == 0) 
      { 
        return p.Data; 
      }
      int j = 0;
      while (p.Next != null && j < i)
      {
        j++;
        p = p.Next;
      }
      if (j == i)
      {
        return p.Data;
      }
      else
      {
        Console.WriteLine("The node is not exist!");
        return default(T);
      }
    }
    //按元素值查找索引
    public int IndexOf(T value)
    {
      if (IsEmpty())
      {
        Console.WriteLine("List is Empty!");
        return -1;
      }
      DbNode<T> p = new DbNode<T>();
      p = head;
      int i = 0;
      while (!p.Data.Equals(value) && p.Next != null)
      {
        p = p.Next;
        i++;
      }
      return i;
    }
    /// <summary>
    /// 元素反转
    /// </summary>
    public void Reverse()
    {
      DbLinkList<T> result = new DbLinkList<T>();
      DbNode<T> t = this.head;
      result.Head = new DbNode<T>(t.Data);
      t = t.Next;
      //(把当前链接的元素从head开始遍历,逐个插入到另一个空链表中,这样得到的新链表正好元素顺序跟原链表是相反的)
      while (t!=null)
      {        
        result.InsertBefore(t.Data, 0);
        t = t.Next;
      }
      this.head = result.head;//将原链表直接挂到"反转后的链表"上
      result = null;//显式清空原链表的引用,以便让GC能直接回收
    }
    //得到某个指定的节点(为了下面测试从后向前遍历)
    private DbNode<T> GetNodeAt(int i){
      if (IsEmpty())
      {
        Console.WriteLine("List is empty!");
        return null;
      }
      DbNode<T> p = new DbNode<T>();
      p = head;
      if (i == 0)
      {
        return p;
      }
      int j = 0;
      while (p.Next != null && j < i)
      {
        j++;
        p = p.Next;
      }
      if (j == i)
      {
        return p;
      }
      else
      {
        Console.WriteLine("The node is not exist!");
        return null;
      }
    }
    /// <summary>
    /// 测试用prev属性从后面开始遍历
    /// </summary>
    /// <returns></returns>
    public string TestPrevErgodic() 
    {
      DbNode<T> tail = GetNodeAt(Count() - 1);
      StringBuilder sb = new StringBuilder();
      sb.Append(tail.Data.ToString() + ",");
      while (tail.Prev != null)
      {
        sb.Append(tail.Prev.Data.ToString() + ",");
        tail = tail.Prev;
      }
      return sb.ToString().TrimEnd(',');      
    }
    public override string ToString()
    {
      StringBuilder sb = new StringBuilder();
      DbNode<T> n = this.head;
      sb.Append(n.Data.ToString() + ",");
      while (n.Next != null)
      {
        sb.Append(n.Next.Data.ToString() + ",");
        n = n.Next;
      }
      return sb.ToString().TrimEnd(',');
    }
  }
}
Console.WriteLine("-------------------------------------");
Console.WriteLine("双链表测试开始...");
DbLinkList<string> dblink = new DbLinkList<string>();
dblink.Head = new DbNode<string>("x");
dblink.InsertBefore("w", 0);
dblink.InsertBefore("v", 0);
dblink.Append("y");
dblink.InsertBefore("z", dblink.Count());
Console.WriteLine(dblink.Count());//5
Console.WriteLine(dblink.ToString());//v,w,x,y,z
Console.WriteLine(dblink[1]);//w
Console.WriteLine(dblink[0]);//v
Console.WriteLine(dblink[4]);//z
Console.WriteLine(dblink.IndexOf("z"));//4
Console.WriteLine(dblink.RemoveAt(2));//x
Console.WriteLine(dblink.ToString());//v,w,y,z
dblink.InsertBefore("x", 2);
Console.WriteLine(dblink.ToString());//v,w,x,y,z
Console.WriteLine(dblink.GetItemAt(2));//x
dblink.Reverse();
Console.WriteLine(dblink.ToString());//z,y,x,w,v
dblink.InsertAfter("1", 0);
dblink.InsertAfter("2", 1);
dblink.InsertAfter("6", 5);
dblink.InsertAfter("8", 7);
dblink.InsertAfter("A", 10);//Position is error!
Console.WriteLine(dblink.ToString()); //z,1,2,y,x,w,6,v,8 
string _tail = dblink.GetItemAt(dblink.Count()-1);
Console.WriteLine(_tail);
Console.WriteLine(dblink.TestPrevErgodic());//8
Console.ReadKey(); //8,v,6,w,x,y,2,1,z

双链表的插入操作要稍微复杂一点,示意图如下:

image.png

同样对于删除操作,也要额外处理prev指向

image.png

二:循环双向链表实现原理

代码就不贴了

image.png

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存储 人工智能 算法
从零掌握贪心算法Java版:LeetCode 10题实战解析(上)
在算法世界里,有一种思想如同生活中的"见好就收"——每次做出当前看来最优的选择,寄希望于通过局部最优达成全局最优。这种思想就是贪心算法,它以其简洁高效的特点,成为解决最优问题的利器。今天我们就来系统学习贪心算法的核心思想,并通过10道LeetCode经典题目实战演练,带你掌握这种"步步为营"的解题思维。
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7月前
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机器学习/深度学习 人工智能 搜索推荐
从零构建短视频推荐系统:双塔算法架构解析与代码实现
短视频推荐看似“读心”,实则依赖双塔推荐系统:用户塔与物品塔分别将行为与内容编码为向量,通过相似度匹配实现精准推送。本文解析其架构原理、技术实现与工程挑战,揭秘抖音等平台如何用AI抓住你的注意力。
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从零构建短视频推荐系统:双塔算法架构解析与代码实现
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7月前
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XML 前端开发 C#
C#编程实践:解析HTML文档并执行元素匹配
通过上述步骤,可以在C#中有效地解析HTML文档并执行元素匹配。HtmlAgilityPack提供了一个强大而灵活的工具集,可以处理各种HTML解析任务。
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7月前
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机器学习/深度学习 存储 算法
动态规划算法深度解析:0-1背包问题
0-1背包问题是经典的组合优化问题,目标是在给定物品重量和价值及背包容量限制下,选取物品使得总价值最大化且每个物品仅能被选一次。该问题通常采用动态规划方法解决,通过构建二维状态表dp[i][j]记录前i个物品在容量j时的最大价值,利用状态转移方程避免重复计算子问题,从而高效求解最优解。
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7月前
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算法 搜索推荐 Java
贪心算法:部分背包问题深度解析
该Java代码基于贪心算法求解分数背包问题,通过按单位价值降序排序,优先装入高价值物品,并支持部分装入。核心包括冒泡排序优化、分阶段装入策略及精度控制,体现贪心选择性质,适用于可分割资源的最优化场景。
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贪心算法:部分背包问题深度解析
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7月前
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机器学习/深度学习 边缘计算 人工智能
粒子群算法模型深度解析与实战应用
蒋星熠Jaxonic是一位深耕智能优化算法领域多年的技术探索者,专注于粒子群优化(PSO)算法的研究与应用。他深入剖析了PSO的数学模型、核心公式及实现方法,并通过大量实践验证了其在神经网络优化、工程设计等复杂问题上的卓越性能。本文全面展示了PSO的理论基础、改进策略与前沿发展方向,为读者提供了一份详尽的技术指南。
粒子群算法模型深度解析与实战应用
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7月前
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机器学习/深度学习 资源调度 算法
遗传算法模型深度解析与实战应用
摘要 遗传算法(GA)作为一种受生物进化启发的优化算法,在复杂问题求解中展现出独特优势。本文系统介绍了GA的核心理论、实现细节和应用经验。算法通过模拟自然选择机制,利用选择、交叉、变异三大操作在解空间中进行全局搜索。与梯度下降等传统方法相比,GA不依赖目标函数的连续性或可微性,特别适合处理离散优化、多目标优化等复杂问题。文中详细阐述了染色体编码、适应度函数设计、遗传操作实现等关键技术,并提供了Python代码实现示例。实践表明,GA的成功应用关键在于平衡探索与开发,通过精心调参维持种群多样性同时确保收敛效率
机器学习/深度学习 算法 自动驾驶
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7月前
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机器学习/深度学习 人工智能 资源调度
大语言模型的核心算法——简要解析
大语言模型的核心算法基于Transformer架构,以自注意力机制为核心,通过Q、K、V矩阵动态捕捉序列内部关系。多头注意力增强模型表达能力,位置编码(如RoPE)解决顺序信息问题。Flash Attention优化计算效率,GQA平衡性能与资源消耗。训练上,DPO替代RLHF提升效率,MoE架构实现参数扩展,Constitutional AI实现自监督对齐。整体技术推动模型在长序列、低资源下的性能突破。
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7月前
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算法 API 数据安全/隐私保护
深度解析京东图片搜索API:从图像识别到商品匹配的算法实践
京东图片搜索API基于图像识别技术,支持通过上传图片或图片URL搜索相似商品,提供智能匹配、结果筛选、分页查询等功能。适用于比价、竞品分析、推荐系统等场景。支持Python等开发语言,提供详细请求示例与文档。

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