链表的实现:无头单向非循环链表的实现

2023-11-09

笔者在上篇博客书写了一个名为:链式存储之:链表的引出及其简介原文链接为:https://blog.csdn.net/weixin_64308540/article/details/128374876?spm=1001.2014.3001.5501

对于此篇博客,在一写出来,便引起了巨大反响!!那么后续来了!!今日,笔者来带领大家走进:无头单向非循环链表的实现(面试笔试经常用到)

我们来看一下实现的主要代码:

总体的方法:

  //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下标)
    public void addIndex(int index ,int data) {
        
    }
    
    //查找是否包含关键字key在链表当中
    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;
    }
    
    //清空
    public void clear(){
        
    }
    
    //打印
    public void display(){
        
    }

对于上述的各种方法,可能就会有不少的老铁感到犯浑了,一脸懵逼,那么接下来我们就主要来实现他们一下!!

准备性的工作:

public class MySingleList {
    static class ListNode{ //静态内部类

        public int val; //存储数据
        public ListNode next; //存储下一个节点的地址

        //构建方法!没有next,
        // 主要还是在于刚new对象的时候,不知道下一个节点的地址!!
        public ListNode(int val) {
            this.val = val;
        }

        public ListNode head; //代表当前链表的头节点的引用
        //不带头的非循环的单链表,最大的问题就是怎么知道头节点在哪儿??

        //手动创建节点
        public void creatLink(){
            ListNode listNode1 = new ListNode(12);
            ListNode listNode2 = new ListNode(23);
            ListNode listNode3 = new ListNode(34);
            ListNode listNode4 = new ListNode(45);
            listNode1.next=listNode2;
            listNode2.next=listNode3;
            listNode3.next=listNode4;
            //listNode4所对应的next默认为空null

            //确定头节点
            head=listNode1;
        }
    }
}

对于上述的代码,我们来进行小小的解析一下吧!!

首先,我们创建了一个内部类,而且还是一个静态内部类哟!!原因在于:我们写成内部类是把节点看成链表的一部分,当然,我们单独写成一个类也可以!!在我们这个写的情况下:脱离了链表,内部类ListNode没有任何意义,因为链表是由一个一个的节点组成的!!其次,我们使用了static(静态),主要是想将ListNode这个内部类,不需要依靠MySingleList这个外部类都可以单独实现!!

经过上述代码的实现,我们可以进行后续的真正压轴的环节了!!

进入正题

遍历链表

对于遍历链表,虽然很简单,但是,经过思考,有着一下几个小小的疑问:

  1. head怎么往后走??head=head.next;  当我们打印完以后,head将会指向最后一个节点!这不是我们想要的!!

  1. 循环结束的条件是什么??(1)head != null ??  (2)还是head.next !=null ??

  //遍历数组
        public void display(){
            //重新定义一个头节点,使其等于head节点!
            ListNode cur = head;
            while (cur != null){
                System.out.print(cur.val+" ");
                cur=cur.next;
            }
            //换行
            System.out.println();
        }

对于:head != null ?? 我们可以看出来:打印全部的链表!head.next !=null 则是:链表的最后一个不能打印 !!

因此,我们有着一下的总结:

  1. 如果说,把整个链表遍历完成,就需要head==null;

  1. 如果说,遍历到链表的尾巴(最后一个),则head.next == null;

  1. 对于ListNode cur = head;这个部分,我们可以理解为:滴滴代跑!!确定头节点不会随着链表的遍历而发生改变!!

从指定位置开始遍历数组

经过上述的遍历数组的过程,我们是不是可以想一下:从指定位置开始遍历数组呀??那么请看笔者的代码吧!!其实大致上的代码还是一样的!!

  //从指定位置开始遍历数组
        public void  display(ListNode newHead){
            ListNode cur = newHead;
            while (cur != null){
                System.out.print(cur.val+" ");
                cur=cur.next;
            }
            //换行
            System.out.println();
        }

仅仅经过代码的改写一下就可以了!没有技术含量,笔者在此就不再进行讲解啦哈!!

查找链表当中是否包含关键字key??

在这个过程中,我们仍然需要遍历一遍链表才可以,若是key在链表当中,当遍历到哪儿的时候直接return  true 就可以了,若是没有,则返回false!

下面就进行一下代码的书写吧!

     //查找链表当中是否包含关键字key
        public boolean contains(int key){
            ListNode cur = head;
            while (cur != null){
                if (cur.val == key){
                    return true;
                }
                cur=cur.next;
            }
            return false;
        }

那么,我们来进行简单的讲解一下吧!

  1. 当cur == null的时候,所有的节点都已经判断完了

  1. 当代码的循环条件写为cur.next == null的时候,则链表的最后一个节点不能进行比较!!

  1. 在循环中,if语句中,cur.val == key,用了“==“来进行比较,主要还是在刚定义的时候,val,key都为int类型!!否则,就使用equals来进行比较了(返回值类型为boolean)

上述的代码讲解完毕了,我们开始进行下面的:

得到单链表的长度

不管怎么样进行得到单链表的长度,我们都必须进行遍历一遍链表!所以时间复杂度为O(N) 

在遍历链表的时候,我们可以用一个计算器count来进行统计链表的长度!!

请看代码:

       //得到单链表的长度
        public int size(){
            int count=0;
            ListNode cur =head;
            while (cur != null){
                count++;
                cur=cur.next;
            }
            return count;
        }

对于该段代码没有什么好解释的哈!

头插法

对于头插法,顾名思义就是:给你一个新的节点,你将这个节点插入在该链表的头部!!那么,我们需要想一想;更改些什么数据才能插入想要的数据呢??

因此:有着下面的简单代码:

   //头插法  时间复杂度为O(1)
        public void addFirst (int data){
            ListNode listNode = new ListNode(data);
            listNode.next = head;
            head=listNode;
        }

那么,对于上述的头插法的简单代码,笔者便来简单解释一下吧!!

  1. 得有一个想要节点!!不用管里面存储的数据是多少!!

因此,我们通过代码:来创建了一个节点:新创建的节点next的值为null 原因在于:只是实列化了一个节点,我们并不知道下一个节点是谁!!

 ListNode listNode = new ListNode(data);

因此,我们只需要将上述的节点,与原来的链表的头节点进行简单的更改数据即可!!

在上述的分析过程中,既然有了想法,那么我们便可以通过……

            listNode.next = head;
            head=listNode;

将链表进行头节点的插入!

在这个过程中,我们需要注意的是:在链表里面的插入,一定要先绑后面!

尾插法

在上个案列中,我们讲述了头插法,但是对于尾插法!不知道屏幕前的各位老铁有何指教呢??

其实对于尾插法!也是很简单!主要还是在于:找到该链表的尾巴!!但是,需要判断原来链表是否为null,就连链表的空间都不用判断!!相对于顺序表,显得简单多了!!

因此,我们有着下列的简单代码:

        //尾插法  时间复杂度为O(N) 找到链表的尾巴!
        //把一个节点插入到一个链表的最后
        public void addLast(int data){
            ListNode listNode = new ListNode(data);
            if (head == null){
                head = listNode;
                return;
            }
            ListNode cur = head;
            while (cur.next != null){
                cur=cur.next;
            }
            cur.next = listNode;//插入时候所需的代码!
        }

在上述代码中;如果链表中一个节点都没有??此时if(head == null)成立 ,我们就不用进行插入了!!毕竟没啥用了也!!直接将要插入的节点当作头节点进行返回就行了!!但是,这儿的return 是一定要写的!!如果不写,就会继续往下走!!写上return是指:直接结束!!

定义一个新的节点cur !相当于滴滴代跑!使得头节点保存不变!在while循环中,进行找链表的尾巴节点!!当找到后,进行插入所需要的代码就先了!!

总结一下:链表的插入!仅仅是修改了部分数据的指向!!

任意位置插入?

前提:第一个数据节点当作0号下标(数组的下标)

我们在上述的两个案列当中,讲述了:头插法,尾插法,那么,现在让我们来深入进行一下:在任意位置进行插入节点!

对于该案列,我们要有着一下简单的思考:

  1. 是否需要检查想要插入的位置是否合法??(范围)

    //检查想要插入的位置是否合法??
        private void checkIndex(int index)throws  ListIndexOutOfExpection{
            if ( index < 0 || index > size()){
                throw new ListIndexOutOfExpection("index位置不合法");
            }
        }
  1. 头插法??(当想要插入的位置为0时)

  //头插法??
            if (index == 0){
                addFirst(data);
                return;
            }
  1. 尾插法??(当想要插入的位置等于原链表的长度的时候)

   //尾插法??
            if (index == size()){
                addLast(data);
                return;
            }
  1. 我们是要找到想要插入的位置的节点??还是要找到想要插入位置的前一个节点呢??

    //找到index-1位置的节点的地址
        private ListNode findIndexSubOne(int index){
            ListNode cur =head;
            int count =0;
            while (count != index-1){
                cur = cur.next;
                count++;
            }
            return cur;
        }

对于该案列,笔者仅仅有着上述的4点猜想,当然,有这4种猜想也够了!!

对于实现该案列的总体代码为:

 //在任意位置插入(第一个数据节点为0号下标)
        public void addIndex(int index , int data )
                throws  ListIndexOutOfExpection{
            //检查想要插入的位置是否合法??
            checkIndex(index);
            //头插法??
            if (index == 0){
                addFirst(data);
                return;
            }
            //尾插法??
            if (index == size()){
                addLast(data);
                return;
            }
            //找到想要插入位置的前一个节点!
            ListNode cur = findIndexSubOne(index);

            ListNode listNode = new ListNode(data);
            //先捆绑后面
            listNode.next=cur.next;
            cur.next=listNode;
        }

        //检查想要插入的位置是否合法??
        private void checkIndex(int index)throws  ListIndexOutOfExpection{
            if ( index < 0 || index > size()){
                throw new ListIndexOutOfExpection("index位置不合法");
            }
        }

        //找到index-1位置的节点的地址
        private ListNode findIndexSubOne(int index){
           //走index-1步,然后返回所对应的节点的地址
            ListNode cur =head;
            int count =0;
            while (count != index-1){
                cur = cur.next;
                count++;
            }
            return cur;
        }

当然,笔者还创建了一个名为:ListIndexOutOfExpection.java 的类!!主要是用来抛出警告!!

public class ListIndexOutOfExpection extends RuntimeException{
    public ListIndexOutOfExpection() {
    }
    public ListIndexOutOfExpection(String message) {
        super(message);
    }
}

对于上述代码的总体思路为:

删除第一次出现关键字为key的节点?

对于这个案列,我们有着一下的想法:

  1. 原链表当作是否一个节点都没有??即head==null是否成立?

  1. 判断头节点是否为对应的key??

  1. 找到关键字key的前一个节点!!

下面请看笔者的代码吧!

//删除第一次出现关键字为key的节点 时间复杂度为O(N)
        public void remove(int key){
            if (head == null){
                return;
                //此时,一个节点都没有!
            }
            //判断头节点是否为对应的key
            if (head.val == key){
                head =head.next;
                return;
            }
         //searchPrev找到关键字key的前一个节点
            ListNode cur = searchPrev(key);
          if (cur == null){
              return;
          }
          //dele为要删除的节点
          ListNode dele = cur.next;
          cur.next=dele.next;
        }
        
        //找到关键字key的前一个节点!
        private ListNode searchPrev(int key){
            ListNode cur =head;   //这样操作的前提为head不为null 

            while (cur.next != null){
                if (cur.next.val == key){
                    return cur;  //此时cur时key的前一个节点
                }
                cur =cur.next;
            }
            return null;
            //此时,没有要删除的节点!
        }

对应该案列代码的总体过程为:

删除所有值为key的节点??

要求:遍历一遍就能全部都删除掉!!

经过上述几个案列的分析,能够坚持阅读下去的你!是否已经收获满满呢??自信满满呢??那么,这次便来个压轴的吧!!

下面请看笔者的代码:

      //删除所有值为key的节点
        //要求:遍历一遍就都删除了!
        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;
            }
        }

对于该段代码,由于文本+笔者发热头疼的原因,打算偷懒会!!嘘嘘,千万不要往外说!

对于该段代码看不懂的读者,请私聊笔者哟!!当作个悬念吧!!

回收链表

要求:保证所有的节点都被回收!!

其实一开始,感觉还是是挺蛮烦的!但是细细想来!每个节点都是由一个存储当前的数据,及其下一个节点的地址组成的!!如果将第一个节点给置为null,那么不就找不到第二个节点在哪儿了吗??同样也就被回收了!!

经过上述的分析,因此,有着下列的代码:

    //链表回收
        public void clear(){
            head=null;
        }

当头节点被回收了(置为null),后续的阶段的就没有引用的了,从而也会都被回收的!!

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