LinkedList与链表

[本节目标]

1.ArrayList的缺陷

2.链表

3.链表相关oj题

4.LinkedList的模拟实现

5.LinkedList的使用

6.ArratList和LinkedList的区别

1. ArrayList的缺陷

上篇博客已经熟悉了ArrayList的使用,并且进行了简单模拟实现,ArrayList底层使用数组来储存元素:

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,就需要将后续元素往前或者往后搬移,时间复杂度O(n),效率比较低,因此ArrayList不适合任意位置插入和删除比较多的场景,因此java又引入了LinkedList,即链表结构.

2. 链表

2.1 链表的概念及结构

链表是一种逻辑连续,物理结构非连续的存储结构.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.

1. 从图上可以看出来,链式结构在逻辑上是连续的,但是在物理结构上是不一定连续的.

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

实际中链表的结构非常多样,以下情况结合起来就有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

虽然有很多的链表的结构,但是我们重点掌握两种:

1.无头单向非循环链表,结构简单,一般不会单独来存数据,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,另外这种结构在笔试面试中出现很多.

2.无头双向链表:在java中的集合框架中LinkedList底层实现就是无头双向链表

2.2 链表的使用和体现

// 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. LinkedList的模拟实现

public class MyListNode {

    static class ListNode {
        int value;
        public ListNode next;
        public ListNode prev;

        public ListNode(int value) {
            this.value = value;
        }
    }

    public ListNode head;

    public void createlist() {
        ListNode node1 = new ListNode(1);
        ListNode node2 = new ListNode(2);
        ListNode node3 = new ListNode(3);
        ListNode node4 = new ListNode(4);
        node1.next = node2;
        node2.next = node3;
        node3.next = node4;
        this.head = node1;
    }

    public void addFirst(int data){
        Listnode node = new Listnode(data);
       if(head==null){
           head=node;
           last = node;
       }
       else{
           node.next=head;
           node.next = head;
           head.prev = node;
           head= node;
       }
    }

    public void addLast(int data){
        Listnode node = new Listnode(data);
        if(head==null){
            head=node;
            last=node;
        }
        else{
            last.next = node;
            node.prev=last;
            last =node;
        }
    }

    

    public void clear() {
        ListNode cur = head;
        while(cur != null){
            ListNode curr = cur.next;
            cur.next =null;
            cur = curr;
        }
        head = null;
        }

   public void remove(int key){
        Listnode cur =head;
        while(cur != null){
            if(cur.val == key){
                head = head.next;
                if(head==null){
                    last=null;
                 }
                else{
                    head.prev.next= cur.next;
                    if(cur.next==null){
                        last=last.next;
                    }
                }
                return;
            }
            else{
                cur =cur.next;
            }
        }
    }
public void removeAllKey(int key) {
        Listnode cur = head;
        while (cur != null) {
            if (cur.val == key) {
                head = head.next;
                if (head == null) {
                    last = null;
                } else {
                    head.prev.next = cur.next;
                    if (cur.next == null) {
                        last = last.next;
                    }
                }
            }
            cur = cur.next;
        }
    }


   public void addIndex(int index,int data){
        Listnode node = new Listnode(data);
        int len = size();
        if(index<0 || index>size()){
            return;
        }
        if(index==0){
            addFirst(data);
        }
        if(index==size()){
            addLast(data);
        }
        Listnode cur = head;
        int count =0;
        while(count<index){
            cur=cur.next;
            count++;
        }
        cur.prev.next = node;
        node.prev=cur.prev;
        node.next=cur;
        cur.prev = node;
    }

    public boolean contains(int key) {
        ListNode cur = head;
        while (cur != null){
            if(cur.value == key){
                return true;
            }
            cur = cur.next;
        }
       return false;
    }
    public int size() {
        int count = 0;
        ListNode cur = head;
        while(cur != null){
            count++;
            cur = cur.next;
        }
           return count;
       }

        public void display () {
            ListNode cur = head;
            while (cur.next != null) {
                System.out.println(cur.value + " ");
                cur = cur.next;
            }
            System.out.println(cur.value);
        }
}

4. LinkedList的使用

4.1 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

4.2 LinkedList的使用

1.LinkedList的构造

 public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list1 = new LinkedList<>();
        List<String> list2 = new ArrayList<>();
        list2.add("javase");
        list2.add("javaee");
        list2.add("数据结构");
        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<E> subList(int fromIndex, int toIndex) 截取部分 list

public static void main(String[] args) {
  LinkedList<Integer> list = new LinkedList<>();
  list.add(1);  // add(elem): 表示尾插
  list.add(2);
  list.add(3);
  list.add(4);
  list.add(5);
  list.add(6);
  list.add(7);
  System.out.println(list.size());
  System.out.println(list);
 
  // 在起始位置插入0
  list.add(0, 0);  // add(index, elem): 在index位置插入元素elem
  System.out.println(list);
 
  list.remove();     // remove(): 删除第一个元素，内部调用的是removeFirst()
  list.removeFirst();   // removeFirst(): 删除第一个元素
  list.removeLast();   // removeLast(): 删除最后元素
  list.remove(1);  // remove(index): 删除index位置的元素
  System.out.println(list);
 
  // contains(elem): 检测elem元素是否存在，如果存在返回true，否则返回false
  if(!list.contains(1)){
    list.add(0, 1);
 }
  list.add(1);
  System.out.println(list);
  System.out.println(list.indexOf(1));  // indexOf(elem): 从前往后找到第一个elem的位置
  System.out.println(list.lastIndexOf(1));  // lastIndexOf(elem): 从后往前找第一个1的位置
  int elem = list.get(0);   // get(index): 获取指定位置元素
  list.set(0, 100);      // set(index, elem): 将index位置的元素设置为elem
  System.out.println(list);
 
  // subList(from, to): 用list中[from, to)之间的元素构造一个新的LinkedList返回
  List<Integer> copy = list.subList(0, 3); 
  System.out.println(list);
  System.out.println(copy);
  list.clear();        // 将list中元素清空
  System.out.println(list.size());
}

3.LinkedList的遍历

public static void main(String[] args) {
  LinkedList<Integer> list = new LinkedList<>();
  list.add(1);  // add(elem): 表示尾插
  list.add(2);
  list.add(3);
  list.add(4);
  list.add(5);
  list.add(6);
  list.add(7);
  System.out.println(list.size());
  // foreach遍历
  for (int e:list) {
    System.out.print(e + " ");
 }
  System.out.println();
  // 使用迭代器遍历---正向遍历
  ListIterator<Integer> it = list.listIterator();
  while(it.hasNext()){
    System.out.print(it.next()+ " ");
 }
  System.out.println();
  // 使用反向迭代器---反向遍历
  ListIterator<Integer> rit = list.listIterator(list.size());
  while (rit.hasPrevious()){
    System.out.print(rit.previous() +" ");
 }
  System.out.println();
}

5.ArrayList和LinkedList的区别

6. 例题(帮助大家巩固链表)

1. 删除链表中等于给定值 val 的所有节点。203. 移除链表元素 - 力扣（LeetCode）

public ListNode removeElements(ListNode head, int val) {
      if(head==null){
          return null;
      }
      ListNode pre = head;
      ListNode cur = head.next;
      while(cur != null){
          if(cur.val==val){
              pre.next = cur.next;
              cur=cur.next;
          }else{
              pre = pre.next;
              cur = cur.next;
          }
      }
      if(head.val == val){
          head = head.next;
      }
      return head;
    }

2. 反转一个单链表。206. 反转链表 - 力扣（LeetCode）

 public ListNode reverseList(ListNode head) {
        if(head==null){
            return null;
        }
ListNode cur =head.next;
ListNode slow =head;
while(cur!=null){
    ListNode curNex=cur.next;
cur.next=slow;
if(slow==head){
    cur.next.next=null;
}
slow=cur;
cur=curNex;
}
return slow;
    }

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）

 public ListNode middleNode(ListNode head) {
ListNode slow = head;
ListNode fast = head;
while(fast!=null && fast.next!=null){
    fast=fast.next.next;
    slow=slow.next;
}
return slow;
}

4. 输入一个链表，输出该链表中倒数第k个结点。面试题 02.02. 返回倒数第 k 个节点 - 力扣（LeetCode）

    public int kthToLast(ListNode head, int k) {
ListNode cur=head;
int count =0;
while(cur!= null){
    count++;
    cur=cur.next;
}
cur=head;
int a = count-k;
while(a!=0){
    a--;
    cur=cur.next;
}
return cur.val;
    }

5. 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）

 public ListNode mergeTwoLists(ListNode list1, ListNode list2) {
ListNode node = new ListNode(-1);
ListNode tem =  node;

while(list1 != null && list2 != null){
    if(list1.val<list2.val){
       
      tem.next = list1;
      //  tem = list1;//错误
        list1=list1.next;
    }
    else
    {
        tem.next = list2;
      //  tem = list2;//错误
         list2=list2.next;
    }
   tem = tem.next;
    }
     if(list1 != null){
tem.next = list1;
    }
    if(list2 != null){
tem.next = list2;
    }
    return node.next;
}

6. 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。面试题 02.04. 分割链表 - 力扣（LeetCode）

public ListNode partition(ListNode head, int x) {
if(head == null){
    return null;
}
ListNode cur = head;
ListNode bs =null;
ListNode be = null;
ListNode as = null;
ListNode ae = null;
while(cur != null){
    if(cur.val < x){
    if(bs == null){
      be = cur;
      bs =cur;
    }else{
be.next = cur;
be = be.next;
    }
    }else{
if(as == null){
    as = cur;
    ae = cur;
}else{
ae.next = cur;
ae = ae.next;
}
    }
    cur= cur.next;
    }
if(bs==null){
    return as;
}
if(as !=null){
    ae.next = null;
}
    be.next = as;
    return bs;
}

7. 链表的回文结构。LCR 027. 回文链表 - 力扣（LeetCode）

 public boolean isPalindrome(ListNode head) {
ListNode fast = head;
ListNode slow = head;
while(fast != null && fast.next != null){
    fast = fast.next.next;
    slow = slow.next;
}
ListNode cur = slow.next;
while(cur != null){
ListNode curnex = cur.next;
cur.next = slow;
slow = cur;
cur = curnex;
}
while(head != slow){
    if(head.val != slow.val){
      return false;  
    }
    if(head.next == slow){
        return true;
    }
    head = head.next;
    slow = slow.next;
}
return true;
    }

8. 输入两个链表，找出它们的第一个公共结点。160. 相交链表 - 力扣（LeetCode）

 public ListNode getIntersectionNode(ListNode headA, ListNode headB) {
   ListNode p1 = headA;
   ListNode p2 = headB;
   int count1 = 0;
   int count2 = 0;
while(p1!=null){
    p1=p1.next;
count1++;
}
while(p2!=null){
    p2=p2.next;
    count2++;
}
p1= headA;
p2 =headB;
int len =count1-count2;
if(len<0){
p1 =headB;
p2 =headA;
len = count2-count1;
}
while(len!=0){
    len--;
    p1=p1.next;
}
while(p1!=p2){
    p1=p1.next;
    p2=p2.next;
}
if(p1==null){
    return null;
}
return p1;

    }