【数据结构】链表的原理及java实现

一：单向链表基本介绍

链表是一种数据结构，和数组同级。比如，Java中我们使用的ArrayList，其实现原理是数组。而LinkedList的实现原理就是链表了。链表在进行循环遍历时效率不高，但是插入和删除时优势明显。下面对单向链表做一个介绍。

单向链表是一种线性表，实际上是由节点（Node）组成的，一个链表拥有不定数量的节点。其数据在内存中存储是不连续的，它存储的数据分散在内存中，每个结点只能也只有它能知道下一个结点的存储位置。由N各节点（Node）组成单向链表，每一个Node记录本Node的数据及下一个Node。向外暴露的只有一个头节点（Head），我们对链表的所有操作，都是直接或者间接地通过其头节点来进行的。

上图中最左边的节点即为头结点（Head），但是添加节点的顺序是从右向左的，添加的新节点会被作为新节点。最先添加的节点对下一节点的引用可以为空。引用是引用下一个节点而非下一个节点的对象。因为有着不断的引用，所以头节点就可以操作所有节点了。
下图描述了单向链表存储情况。存储是分散的，每一个节点只要记录下一节点，就把所有数据串了起来，形成了一个单向链表。

节点（Node）是由一个需要储存的对象及对下一个节点的引用组成的。也就是说，节点拥有两个成员：储存的对象、对下一个节点的引用。下面图是具体的说明：

二、单项链表的实现

package com.zjn.LinkAndQueue;/*** 自定义链表设计* * @author zjn**/
public class MyLink {Node head = null; // 头节点/*** 链表中的节点，data代表节点的值，next是指向下一个节点的引用* * @author zjn**/class Node {Node next = null;// 节点的引用，指向下一个节点int data;// 节点的对象，即内容public Node(int data) {this.data = data;}}/*** 向链表中插入数据* * @param d*/public void addNode(int d) {Node newNode = new Node(d);// 实例化一个节点if (head == null) {head = newNode;return;}Node tmp = head;while (tmp.next != null) {tmp = tmp.next;}tmp.next = newNode;}/*** * @param index:删除第index个节点* @return*/public boolean deleteNode(int index) {if (index < 1 || index > length()) {return false;}if (index == 1) {head = head.next;return true;}int i = 1;Node preNode = head;Node curNode = preNode.next;while (curNode != null) {if (i == index) {preNode.next = curNode.next;return true;}preNode = curNode;curNode = curNode.next;i++;}return false;}/*** * @return 返回节点长度*/public int length() {int length = 0;Node tmp = head;while (tmp != null) {length++;tmp = tmp.next;}return length;}/*** 在不知道头指针的情况下删除指定节点* * @param n* @return*/public boolean deleteNode11(Node n) {if (n == null || n.next == null)return false;int tmp = n.data;n.data = n.next.data;n.next.data = tmp;n.next = n.next.next;System.out.println("删除成功！");return true;}public void printList() {Node tmp = head;while (tmp != null) {System.out.println(tmp.data);tmp = tmp.next;}}public static void main(String[] args) {MyLink list = new MyLink();list.addNode(5);list.addNode(3);list.addNode(1);list.addNode(2);list.addNode(55);list.addNode(36);System.out.println("linkLength:" + list.length());System.out.println("head.data:" + list.head.data);list.printList();list.deleteNode(4);System.out.println("After deleteNode(4):");list.printList();}
}

三、链表相关的常用操作实现方法

1. 链表反转

/*** 链表反转* * @param head* @return*/public Node ReverseIteratively(Node head) {Node pReversedHead = head;Node pNode = head;Node pPrev = null;while (pNode != null) {Node pNext = pNode.next;if (pNext == null) {pReversedHead = pNode;}pNode.next = pPrev;pPrev = pNode;pNode = pNext;}this.head = pReversedHead;return this.head;}

2. 查找单链表的中间节点

采用快慢指针的方式查找单链表的中间节点，快指针一次走两步，慢指针一次走一步，当快指针走完时，慢指针刚好到达中间节点。

/*** 查找单链表的中间节点* * @param head* @return*/public Node SearchMid(Node head) {Node p = this.head, q = this.head;while (p != null && p.next != null && p.next.next != null) {p = p.next.next;q = q.next;}System.out.println("Mid:" + q.data);return q;}

3. 查找倒数第k个元素

采用两个指针P1,P2，P1先前移K步，然后P1、P2同时移动，当p1移动到尾部时，P2所指位置的元素即倒数第k个元素。

/*** 查找倒数 第k个元素* * @param head* @param k* @return*/public Node findElem(Node head, int k) {if (k < 1 || k > this.length()) {return null;}Node p1 = head;Node p2 = head;for (int i = 0; i < k; i++)// 前移k步p1 = p1.next;while (p1 != null) {p1 = p1.next;p2 = p2.next;}return p2;}

4. 对链表进行排序

/*** 排序* * @return*/public Node orderList() {Node nextNode = null;int tmp = 0;Node curNode = head;while (curNode.next != null) {nextNode = curNode.next;while (nextNode != null) {if (curNode.data > nextNode.data) {tmp = curNode.data;curNode.data = nextNode.data;nextNode.data = tmp;}nextNode = nextNode.next;}curNode = curNode.next;}return head;}

5. 删除链表中的重复节点

/*** 删除重复节点*/public void deleteDuplecate(Node head) {Node p = head;while (p != null) {Node q = p;while (q.next != null) {if (p.data == q.next.data) {q.next = q.next.next;} elseq = q.next;}p = p.next;}}

6. 从尾到头输出单链表，采用递归方式实现

/*** 从尾到头输出单链表，采用递归方式实现* * @param pListHead*/public void printListReversely(Node pListHead) {if (pListHead != null) {printListReversely(pListHead.next);System.out.println("printListReversely:" + pListHead.data);}}

7. 判断链表是否有环，有环情况下找出环的入口节点

/*** 判断链表是否有环，单向链表有环时，尾节点相同* * @param head* @return*/public boolean IsLoop(Node head) {Node fast = head, slow = head;if (fast == null) {return false;}while (fast != null && fast.next != null) {fast = fast.next.next;slow = slow.next;if (fast == slow) {System.out.println("该链表有环");return true;}}return !(fast == null || fast.next == null);}/*** 找出链表环的入口* * @param head* @return*/public Node FindLoopPort(Node head) {Node fast = head, slow = head;while (fast != null && fast.next != null) {slow = slow.next;fast = fast.next.next;if (slow == fast)break;}if (fast == null || fast.next == null)return null;slow = head;while (slow != fast) {slow = slow.next;fast = fast.next;}return slow;}