TypeScript算法专题 - blog2 - 单链表节点的索引、结点删除与链表反转
2024-04-05 23:27:00
TypeScript算法专题 -
[单链表2] 单链表节点的索引、结点删除与链表反转
李俊才
CSDN：jcLee95
邮箱：291148484@163.com
专题目录：https://blog.csdn.net/qq_28550263/article/details/115718216
【导读】上一篇博文 中，我们完成了一个链表，并为其添加元素。然后对链表中的元素进行了查询、遍历、转换为数组等工作。
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本章开始前：
运行TypeScript方法的补充
本章内容：
- 1.节点替换
- 2.弹出链表首尾节点
- 2.1 弹出链表首部节点
- 2.2 弹出链表尾部节点
- 3.节点删除
- 3.1 删除指定索引index处的节点
- 3.2 删除索引index处及其后继结点
- 3.3 删除两个索引值a（包含）、b（包含）的所有结点
- 4.反转结点
- 4.1 在不改变原有结点的条件下返回反转后新链表
- 4.2 直接反转原链表所有结点
附录：
- 本章完整代码
运行TypeScript方法的补充
在开始本本章的任务前先要补充一个技术，那就是在命令行中直接运行TypeScript代码。上一节中，我们使用的是将TypeScript编译成JavaScript后，在Html中引入该JavaScript文件后运行。然而这种方法很不直接也很麻烦，更加不符合我们有如Java、Python等等其它后端编程语言的开发者的习惯。为了像在命令行窗口中运行Java和Python那样运行TypeScript 脚本，我们需要在全局安装了typeScrippt包的基础上安装ts-node：
npm install ts-node --g
安装完成后，我们在一个目录下建立一个新的.ts文件tsnode.ts并添加以下代码：
// tsnode.ts
console.log("Hello ts-node!");
通过cd命令进入到该文件所在目录，使用ts-node像执行Java脚本那样执行该.ts文件中的代码，即如下运行命令：
ts-node tsnode.ts
可以看到在控制台（命令行）显示内容Hello ts-node!，如图所示：
【注意】
TypeScript中没有指针的概念，因此在专题前两篇文章中我们用的是一种比较麻烦的方法去模拟，实际上是建立一个新的结点链来实现功能。
第三篇 《链表实现中的一些问题总结与改进》将讲解在JavaScript和TypeScript中的变量引用，并对我们的链表中的相应内容进行简化。
1. 节点替换
节点替换即将链表中的某一个节点替换成一个新的节点。
其步骤如下：
- 确定待替换节点位置；
- 用新节点接收待替换节点的后继指针
next； - 将新节点挂载到待替换节点的前驱。
replace(index:number, nodes:Lnode){/*** 将索引为`index`处的结点替换为新结点`nodes`* 其中`node`既可以是单个节点又可以是后继指针非空的一系列节点* @param index {number} 将要被替换掉的节点的索引* @param nodes {Lnode} 替换上去的新节点*/function count_len_nodes(node:Lnode):number{/** 用于当传入为止个数的节点链而非单个节点时，计算传入新传入的节点链长度 */let ct:number = 0;let pt:Lnode = node;while(pt!= null){ct++;pt = pt.next;}return ct;}if(nodes==null){throw "ValueError: Replacing with null is prohibited." }else{if(index<0){throw "ValueError: Index must be a positive integer!"}else if(index+1 > this.length){throw "ValueError: Index exceeds the maximum value!"}else{let len_nodes:number = 0;if(nodes.next == null){ // 传入单个节点len_nodes = 1}else{ // 传入的节点为有后继的节点链len_nodes = count_len_nodes(nodes);};let pointer: Lnode = this.head;let result:Lnode = new Lnode();for(let i=0; i<index; i++){result.merge(new Lnode(pointer.data));pointer = pointer.next;}nodes.merge(pointer.next) // nodes先接纳原先索引为`index`处节点的后继result.merge(nodes) // 将原本接索引为`index`处的位置替为新节点。this.head = result;this.length = this.length - 1 +len_nodes // 更新链表长度}}
}
2. 弹出链表首尾的节点
2.1 弹出链表首部节点
以下我们认定链表头部第一个节点的位置为该链表的最左边。从左边弹出一个节点需要完成以下几个步骤：
- 获取链表的头节点；
- 将头指针指向原头节点的后继节点指针；
- 返回获取的原头节点。
pop_left():Lnode{/*** 弹出最左边的一个结点并返回* @returns node {Lnode} 原链表最左侧的一个结点*/if(this.head==null){throw "PopEmptyError: Unable to pop up node from an empty linked list.";}else{let node = this.head;this.head = this.head.next; // 头结点右移一个node.next = null; // 斩断后继联系this.length = this.length - 1; // 更新链表长度if(this.length==0){this.head=null};return node;}
}
代码测试：
let list = new LinkList([0,1,2]); // 建立链表，它原有3个结点，结点的数据域分别为数字1、2、3
console.log(list.pop_left()); // 弹出第1个结点
console.log(list.length); // 输出长度
console.log(list.pop_left()); // 弹出第2个结点
console.log(list.length);
console.log(list.pop_left()); // 弹出第3个结点
console.log(list.length);
Out[]:
Lnode { empty: false, data: 0, next: null }
2
Lnode { empty: false, data: 1, next: null }
1
Lnode { empty: false, data: 2, next: null }
0
如果当链表已经空了却还在进行pop_left()，则将看到错误提示，如图所示：
2.2 弹出链表尾部节点
从又边弹出一个节点需要完成以下几个步骤：
- 逐渐指向链表尾部最后一个节点的前一个节点；
- 从该节点的后继节点指针
next获取链表尾部节点； - 斩断该节点与链表尾部节点的练习（清空其
next）； - 返回所获取的链表尾部节点。
pop():Lnode{/*** 弹出最右边的一个结点并返回* @returns node {Lnode} 原链表最右侧的一个结点*/if(this.head==null){throw "PopEmptyListError: Unable to pop up node from an empty linked list.";}else{let pointer = this.head;let result:Lnode = new Lnode();while(pointer.next!=null){result.merge(new Lnode(pointer.data));pointer = pointer.next;};this.head = result;this.length = this.length - 1;if(this.length==0){this.head=null};return pointer;}
}
测试代码：
let list = new LinkList([0,1,2]); // 建立链表，它原有3个结点，结点的数据域分别为数字1、2、3
console.log(list.pop()); // 弹出第1个结点
console.log(list.length); // 输出长度
console.log(list.pop()); // 弹出第2个结点
console.log(list.length);
console.log(list.pop()); // 弹出第3个结点
console.log(list.length);
Out[]:
Lnode { empty: false, data: 2, next: null }
2
Lnode { empty: false, data: 1, next: null }
1
Lnode { empty: false, data: 0, next: null }
0
如果当链表已经空了却还在进行pop()，则将看到错误提示，如图所示：
3. 节点删除
3.1 删除指定索引index处的节点
其步骤如下：
- 从原头节点逐渐指向索引结点的前一个结点；
- 将这个结点的后继指针
next由指向索引结点改为指向索引结点的next所指结点
del(index:number){/*** 删除索引号为`index`的某个结点，保留其后继结点* @param index {number} 将被删除的结点的索引号*/if(index<0){throw "ValueError: Index must be a positive integer!"}else if(this.head==null){throw "EelEmptyListError: Unable to pop up node from an empty linked list.";}else if(index+1 > this.length){throw "ValueError: Index exceeds the maximum value!";}else{if(index==0){this.pop_left();}else{let pointer:Lnode = this.head;let result:Lnode = new Lnode();for(let i=0; i<index; i++){result.merge(new Lnode(pointer.data));pointer = pointer.next; // 指向下一个}result.merge(pointer.next);this.head = result;}}
}
代码测试
【T-1】
let list = new LinkList([0,1,2]);
list.del(2);
console.log(list.toArray())
Out[]:
[Lnode { empty: false, data: 0, next: null },Lnode { empty: false, data: 1, next: null }
]
【T-2】
let list = new LinkList([0,1,2]);
list.del(1);
console.log(list.toArray())
Out[]:
[Lnode { empty: false, data: 0, next: null },Lnode { empty: false, data: 2, next: null }
]
【T-3】
let list = new LinkList([0,1,2]);
list.del(0);
console.log(list.toArray())
Out[]:
[Lnode { empty: false, data: 1, next: null },Lnode { empty: false, data: 2, next: null }
]
3.2 删除索引index处及其后继结点
3.3 删除两个索引值a（包含）、b（包含）的所有结点
3.2和3.3两个小节采用重载的方式同时实现，代码如下：
drop(index: number);
drop(index:[number,number]);
drop(index){if(this.head==null){throw "EelEmptyListError: Unable to pop up node from an empty linked list.";}else{if(typeof(index)=="number"){/*** 删除索引号为`index`的某个结点及其之后的所有结点*/if(index<0){throw "ValueError: Index must be a positive integer!"}else if(index+1 > this.length){throw "ValueError: Index exceeds the maximum value!";}else{let pointer:Lnode = this.head;let result:Lnode = new Lnode();for(let i=0; i<index; i++){result.merge(new Lnode(pointer.data)); // 记录先前的pointer = pointer.next; // 指向下一个};this.head = result;}}else if(typeof(index)=="object"){/*** 删除索引号从`a`（包含）到`b`（包含）的一段结点*/let a:number = index[0];let b:number = index[1];if(a>b){a = index[1];b = index[0];}if(a<0){throw "ValueError: Index must be a positive integer!"}else if(b+1 > this.length){throw "ValueError: Index exceeds the maximum value!"}else{let pointer:Lnode = this.head;let result:Lnode = new Lnode();let len: number = 0; // 长度计数器// [0:a-1]while(a>0){result.merge(new Lnode(pointer.data)); // 收纳索引a前的结点len++; // 长度计数器自增pointer = pointer.next; // 游标后指a--;};// [a:b]while(len<b+1){ // 跳过[a,b]pointer = pointer.next; // 游标后指len++;}// [b+1:]while(pointer!=null){result.merge(new Lnode(pointer.data));pointer = pointer.next;}this.head = result;}}else{throw "TypeMismatchError: Type of actual parameter not match any overloaded method!"}}
}
4. 链表反转
4.1 在不改变原有结点的条件下返回反转后新链表
由于我们之前已经实现了链表转数组的方法，即LinkList.toArray()方法，因此这里我们采用一种及其简单的方式来获取反转后的新链表，即利用TypeScript中数组的反转方法。具体请看代码：
getReverse():LinkList{/*** 返回原链表反转后的新链表* 该方法不会改变原链表*/let result: LinkList = new LinkList();let nodes: Lnode[] = [];nodes = this.toArray().reverse();for(let i=0; i<nodes.length; i++){result.append(nodes[i])}return result
}
代码测试：
let list1 = new LinkList(["我","爱","你"]) // 原链表
console.log(list1.toArray()) // 原链表转数组输出let list2: LinkList = list1.getReverse() // 获取原链表反转后的新链表
console.log(list2.toArray()) // 新链表转数组输出
Out[]:
[Lnode { empty: false, data: '我', next: null },Lnode { empty: false, data: '爱', next: null },Lnode { empty: false, data: '你', next: null }
]
[Lnode { empty: false, data: '你', next: null },Lnode { empty: false, data: '爱', next: null },Lnode { empty: false, data: '我', next: null }
]
可以看到，我们获取的结点数组中的元素顺序与原数组恰好是相反的，这意味着相应的新链表实现了原连标配的反转。
4.2 直接反转原链表所有结点
与4.1节获取反转后的新链表的getReverse()方法不同，本节的的reverse()方法采用直接反转原链表。这里改变的是原链表中元素的顺序，而并不会返回一个新的链表，请看代码：
reverse():void{/*** 将原链表反转，不反返回何结果* 该方法将会改变原链表*/if(this.head == null){this.head = null;}else{let result:Lnode = new Lnode();while(this.head.next!=null){let node = this.pop_left(); // 新结点为新倒出来的头if(!result.empty){ // 第一次无先前链头，跳过之node.next = result; // 新结点后继为之前的头链}result = node; // 新头链成为旧头链}// 挂载最后一个头this.head = this.pop_left();this.head.next = result;}
}
附：目前的完整代码
import {range} from "./tools";class Lnode{/*** 链表结点类，结点是构成链表的基础单元。* @class Lnode* @constructor* @param next {Lnode} 指向下一结点的指针* @param data {string | number} 结点的数据。这里只放一些字符串数据或者数字。*/next: Lnode | undefined | null; // 结点类型（Lnode）的nest也是结点类型Lnode，undefined和null是任意类型的子类型也可以不写data: any;empty: boolean; // 描述结点是否为空，这个是配合初始化一个空结点使用的constructor(data?:string | number){if(data!=undefined){ // 非空结点this.empty = false; // 空标识置为假this.data = data;this.next = null;}else{ // 空结点，即值构建结点对象但实际上不存在结点this.empty = true; // 空标识置为真this.data = null;this.next = null;}}merge(node: Lnode){/*** 将另一个结点（链）合并到本结点（或链）的尾部* @param node {Lnode} 需要插入链表尾部的新结点*/if(this.empty==true){ // 空结点this.empty =false;this.data = node.data;}else{if(this.next == null){ // 没有链接下一个this.next = node;}else{ // 有链接下一个this.next.merge(node);}}}
}class LinkList{/*** 单链表类* @class LinkList* @constructor* @param head {Lnode} 链表的头指针，其`next`用于挂载结点* @param length {number} 链表的长度*/head: Lnode | undefined| null;length: number; // 链表所容纳结点的个数constructor(datas?:any[]){/**初始化 */if(datas==undefined){ this.head = null; // 初始化为null算作空链表，不计算长度this.length = 0;}else{for(let i=0; i<datas.length; i++){this.append(new Lnode(datas[i]))}this.length = datas.length; // 指定一组数据初始化则初始后长度为这组数据元素的个数}}is_empty(){/*** 判断链表是否为空* 只需要判断头结点是否为空，若头结点为空则为空链表，否则不是。* @return {Boolean} true:链表为空; false:链表非空。*/if(this.head == null){return true;}else{return false;}}top():Lnode{/*** 获取链表头结点*/let node = this.head;node.next = null;return node;}clear(){/*** 清空链表，只要把头结点干废，整个链表直接就完蛋（清空）了*/this.head = null;this.length = 0;}append(node: Lnode){/*** 将新结点挂载到链表尾部* @param node {Lnode} 需要插入链表尾部的新结点*/if(this.head == null){this.head = node;this.length = this.length + 1;}else{this.head.merge(node);this.length = this.length + 1;}}append_left(node: Lnode){/*** 将一个新结点插入到链表首部* @param node {Lnode} 要从左侧也就是链头插入的新结点*/if(this.head == null){this.head = node; // 若为空链表，直接将链表头设置为该结点this.length = this.length + 1; // 增加结点长度}else{// 先将新结点的`next`指向原第一个结点node.next = this.head;// 再将`head`指向新的结点this.head = node;this.length = this.length + 1; // 增加结点长度}}get(index: number):Lnode{/*** 获取索引号为`index`的结点。* 索引号是从数字`0`开始计算的* @param index {number} 索引号* @return node {Lnode} 索引得到地节点*/if(index<0){throw "ValueError: Index must be a positive integer!"}else if(index+1 > this.length){throw "ValueError: Index exceeds the maximum value!"}else{let pointer:Lnode = this.head; // 从头结点开始range([index]).forEach(() => {pointer = pointer.next; // 逐个指向下一个结点});pointer.next = null; // 斩断后继return pointer;}}get_data(index: number){/*** 索引节点地数据* @param index {number} 索引号* @return data {any} 链表中与索引号对应地节点地数据域内容*/return this.get(index).data}insert(index:number, node:Lnode){/*** 在链表的第`index`个节的位置挂载新的结点`node`，其中从结点为`index = 0`开始编号* 也就是说，新的结点索引号将为`index`，而这个结点将挂载到索引号为`index-1`的结点后面* * @param index {number} 新结点插入的索引号*/if(node!=null && node.next==null){node.next = null;}; // 只允许插入单个结点，若有后继直接切断if(index==0){node.next = this.head; // 先收小弟this.head = node; // 再上位}else{let pointer: Lnode = this.head; // 从头结点开始let results: Lnode = new Lnode(); // 空结点for(let i=0; i<index; i++){results.merge(new Lnode(pointer.data)); // 逐个记录先驱结点pointer = pointer.next; // 逐个指向下一个结点}node.next = pointer; // 先收小弟results.merge(node); // 再上位this.length = this.length + 1; // 更新结点长度this.head = results;}}toArray():Lnode[]{/*** 获取链表结点依次构成的数组* @returns elem {Lnode[]} 以此装载了被遍历到的所有结点（这里其中每个结点都是孤立、干掉next的）*/let elm: Lnode[] = []; // 准备好用于容纳所有的结点let pointer:Lnode = this.head; // 挂载操作一开始时指针指向头部结点、if(pointer==null){ // 空链表，不仅要返回一个空数组，还要抛出提示console.warn("Warning: It seems that you hava traversed an empty Linked List!");return elm;}else{ // 非空链表while(pointer.next != null){ // 存在下一个结点时if(pointer == null){ // 停止（拦截）条件：（直到）结点为`null`break;}else{ // 获取当前结点剔除链接关系的`孤立结点`挂载结点数组elm.push(new Lnode(pointer.data));}pointer = pointer.next; // 指向后继}elm.push(new Lnode(pointer.data)); // 最后一个元素return elm;}}replace(index:number, nodes:Lnode){/*** 将索引为`index`处的结点替换为新结点`nodes`* 其中`node`既可以是单个节点又可以是后继指针非空的一系列节点* @param index {number} 将要被替换掉的节点的索引* @param nodes {Lnode} 替换上去的新节点*/function count_len_nodes(node:Lnode):number{/*** 用于当传入为止个数的节点链而非单个节点时，* 计算传入新传入的节点链长度 */let ct:number = 0;let pt:Lnode = node;while(pt!= null){ct++;pt = pt.next;}return ct;}if(nodes==null){throw "ValueError: Replacing with null is prohibited." // 如果允许替换为`null`将把后续节点全部干掉，// 这就相当于执行删除的功能。因此禁止替换为null。}else{if(index<0){throw "ValueError: Index must be a positive integer!"}else if(index+1 > this.length){throw "ValueError: Index exceeds the maximum value!"}else{let len_nodes:number = 0;if(nodes.next == null){ // 传入单个节点len_nodes = 1}else{ // 传入的节点为有后继的节点链len_nodes = count_len_nodes(nodes);};let pointer: Lnode = this.head;let result:Lnode = new Lnode();for(let i=0; i<index; i++){result.merge(new Lnode(pointer.data));pointer = pointer.next;}console.log("nodes=",nodes)nodes.merge(pointer.next) // nodes先接纳原先索引为`index`处节点的后继result.merge(nodes) // 将原本接索引为`index`处的位置替为新节点。this.head = result;this.length = this.length - 1 +len_nodes // 更新链表长度}}}drop(index: number);drop(index:[number,number]);drop(index){if(this.head==null){throw "EelEmptyListError: Unable to pop up node from an empty linked list.";}else{if(typeof(index)=="number"){/*** 删除索引号为`index`的某个结点及其之后的所有结点*/if(index<0){throw "ValueError: Index must be a positive integer!"}else if(index+1 > this.length){throw "ValueError: Index exceeds the maximum value!";}else{let pointer:Lnode = this.head;let result:Lnode = new Lnode();for(let i=0; i<index; i++){result.merge(new Lnode(pointer.data)); // 记录先前的pointer = pointer.next; // 指向下一个};this.head = result;}}else if(typeof(index)=="object"){/*** 删除索引号从`a`（包含）到`b`（包含）的一段结点*/let a:number = index[0];let b:number = index[1];if(a>b){a = index[1];b = index[0];}if(a<0){throw "ValueError: Index must be a positive integer!"}else if(b+1 > this.length){throw "ValueError: Index exceeds the maximum value!"}else{let pointer:Lnode = this.head;let result:Lnode = new Lnode();let len: number = 0; // 长度计数器// [0:a-1]while(a>0){result.merge(new Lnode(pointer.data)); // 收纳索引a前的结点len++; // 长度计数器自增pointer = pointer.next; // 游标后指a--;};// [a:b]while(len<b+1){ // 跳过[a,b]pointer = pointer.next; // 游标后指len++;}// [b+1:]while(pointer!=null){result.merge(new Lnode(pointer.data));pointer = pointer.next;}this.head = result;}}else{throw "TypeMismatchError: Type of actual parameter not match any overloaded method!"}}}del(index:number){/*** 删除索引号为`index`的某个结点，保留其后继结点* @param index {number} 将被删除的结点的索引号*/if(index<0){throw "ValueError: Index must be a positive integer!"}else if(this.head==null){throw "EelEmptyListError: Unable to pop up node from an empty linked list.";}else if(index+1 > this.length){throw "ValueError: Index exceeds the maximum value!";}else{if(index==0){this.pop_left();}else{let pointer:Lnode = this.head;let result:Lnode = new Lnode();for(let i=0; i<index; i++){result.merge(new Lnode(pointer.data)); // 记录先前的pointer = pointer.next; // 指向下一个}result.merge(pointer.next);this.head = result;}}}pop():Lnode{/*** 弹出最右边的一个结点并返回* @returns node {Lnode} 原链表最右侧的一个结点*/if(this.head==null){throw "PopEmptyListError: Unable to pop up node from an empty linked list.";}else{let pointer = this.head;let result:Lnode = new Lnode();while(pointer.next!=null){result.merge(new Lnode(pointer.data));pointer = pointer.next;};this.head = result;this.length = this.length - 1;if(this.length==0){this.head=null};return pointer;}}pop_left():Lnode{/*** 弹出最左边的一个结点并返回* @returns node {Lnode} 原链表最左侧的一个结点*/if(this.head==null){throw "PopEmptyError: Unable to pop up node from an empty linked list.";}else{let node = this.head;this.head = this.head.next; // 头结点右移一个node.next = null; // 斩断后继联系this.length = this.length - 1; // 更新链表长度if(this.length==0){this.head=null};return node;}}reverse():void{/*** 将原链表反转，不反返回何结果* 该方法将会改变原链表*/if(this.head == null){this.head = null;}else{let result:Lnode = new Lnode();while(this.head.next!=null){let node = this.pop_left(); // 新结点为新倒出来的头if(!result.empty){ // 第一次无先前链头，跳过之node.next = result; // 新结点后继为之前的头链}result = node; // 新头链成为旧头链}// 挂载最后一个头this.head = this.pop_left();this.head.next = result;}}getReverse():LinkList{/*** 返回原链表反转后的新链表* 该方法不会改变原链表*/let result: LinkList = new LinkList();let nodes: Lnode[] = [];nodes = this.toArray().reverse();for(let i=0; i<nodes.length; i++){result.append(nodes[i])}return result}
}
其中get()方法用到的import从tools.ts导入了range函数，这部分内容如下：
export function range(x:[number]):number[]; // [end]
export function range(x:[number,number]):number[]; // [start, end]
export function range(x:[number,number,number]):number[]; // [start, end, step]
export function range(x){let ar:number[] = [];if(x.length==1){/**重载：传入数组只有1个元素 */for(let i=0; i<x[0]; i++){ar.push(i)}}else if(x.length == 2){/**重载：传入2元素数组 */for(let i=x[0]; i<x[1]; i++){ar.push(i);}}else if(x.length==3){/**重载：传入3元素数组 */for(let i=x[0]; i<x[1]; i+=x[2]){ar.push(i);}}return ar;
}
如果不想这样也可以将get()方法该为：
get(index: number){/*** 获取索引号为`index`的结点。* 索引号是从数字`0`开始计算的* @param index {number} 索引号* @return node {Lnode} 索引得到地节点*/if(index<0){throw "ValueError: Index must be a positive integer!"}else if(index+1 > this.length){throw "ValueError: Index exceeds the maximum value!"}else{let pointer:Lnode = this.head; // 从头结点开始for(let i=0; i<index;i++){pointer = pointer.next; // 逐个指向下一个结点}pointer.next = null; // 斩断后继return pointer;}}
这样，导入语句即：
import {range} from "./tools";
可以相应地删除掉。
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