Java数据结构与算法学习笔记--单链表

package com.linkedlist;
import java.util.Stack;
/*
 * 单链表基本介绍：
 * 1、链表是有序的列表，链表是以节点的方式来存储的
 * 2、每个节点都包含data域，next域：指向下一个节点
 * 3、链表的各个节点不一定是连续存储
 * 4、链表分带头的链表和没有头结点的链表，根据实际需求来确定
 * 
 * 单链表应用实例：使用head头的单项链表实现水浒英雄排行榜管理
 * 1）完成对英雄人物的增删改查操作
 * 2）第一种方法在添英雄的时候，直接添加到链表的尾部
 * 3）第二种方式在添加英雄的时候，根据排名奖英雄插入到指定位置
 * 
 * 添加（创建）
 * 1、先创建 一个head节点，作用就是表示的单链表的头
 * 2、后面我们每增加一个将诶点，就直接加入到链表的最后遍历
 *
 *遍历：
 *1、通过一个辅助变量，帮助遍历整个链表
 *
 * 添加（按编号顺序添加）
 * 1、首先找到新添加节点的位置，是通过辅助变阿玲指针
 * 2、新的节点.next＝temp.next
 * 3、将temp.next=新的节点
 * 
 * 从单链表中删除一个节点的思路
 * 1、我们先找到需要删除的节点的前一个节点temp
 * 2、temp.next=temp.next.next
 * 3、被删除的节点，将不会有其他引用指向，将会被垃圾回收机制回收
 * 
 * 反转思路：
 * 1、先定义一个节点reverse，= new HeroNode
 * 2、从头到尾遍历原来的链表，没遍历一个节点，就将其取出，并放在新的链表的最前端
 * 3、原来的链表的head.next=reverse.head.next
 * 
 * 逆序打印单链表思路：
 * 方式一：先将单链表进行翻转操作，然后再遍历打印即可，这样操作的的问题是破坏了原来的链表结构
 * 方式二：可以利用栈这个数据结构，将各个节点压入栈中，然后利用栈先进后出的特点就实现了逆序打印的效果
 * 
 */

//定义HeroNode，每个HeroNode对象就是一个节点
class HeroNode
{
	public int no;
	public String name;
	public String nickname;
	public HeroNode next;
	
	//构造器
	public HeroNode(int no,String name,String nickname)
	{
		this.no=no;
		this.name=name;
		this.nickname=nickname;
	}
	public HeroNode(HeroNode h)
	{
		this.no=h.no;
		this.name=h.name;
		this.nickname=h.nickname;
	}

	@Override
	public String toString() {
		return "HeroNode [no=" + no + ", name=" + name + ", nickname=" + nickname + "]";
	}
}

//定义一个SingleLinkedList 管理我们的英雄
class SingleLinkedList
{
	//先初始化一个头结点，头结点不要动
	private HeroNode head=new HeroNode(0,"","");
	
	//添加节点到单向链表
	/*
	 *  思路：当不考虑编号顺序时
	 * 1、找到当前链表的最后节点
	 * 2、将最后这个节点的next指向新的节点
	 */
	public void append(HeroNode heroNode)
	{
		// 因为head节点不能动，因此我们需要一个辅助遍历temp
		HeroNode temp=head;
		// 遍历链表，找到最后节点
		while(true)
		{
			// 找到链表的最后节点了
			if(temp.next == null)
			{
				break;
			}
			// 如果没有找到最后节点，就将temp后移
			temp=temp.next;
		}
		// 当推出while循环时，temp就是指到了链表的最后节点
		temp.next=heroNode;
	}
	
	// 按照顺序插入节点
	public void insertByOrder(HeroNode h)
	{
		//因为head节点不能动，所以我们仍然通过一个辅助变量来帮助找到添加的的位置
		//因为单链表，因此我们找的temp是位于添加位置的前一个节点，否则插入不了
		HeroNode temp=head;
		boolean flag=false; //标志添加的编号是否存在，默认为false
		while(true)
		{
			if(temp.next==null)//说明temp已经在当前链表最后了
			{
				break;
			}
			if(temp.next.no > h.no) // 位置找到，就在temp的后面插入
			{
				break;
			}
			else if(temp.next.no == h.no)// 说明希望添加的heronode的编号已经存在
			{
				flag=true;//说明编号存在
				break;
			}
			temp=temp.next;
		}
		//判断flag的值
		if(flag)//不能添加，说明编号已经存在
		{
			System.out.printf("准备插入的英雄的编号 %d 已经存在了，不能加入\n",h.no);
		}
		else 
		{
			//可以加入，需要加入到temp的后面
			h.next=temp.next;
			temp.next=h;
		}
	}
	
	// 将已有链表置空
	public void setEmpty()
	{
		//将链表置空，只需于将链表的head指针的next域置空即可
		this.head.next=null;
	}
	
	public void show()
	{
		// 判断链表是否为空
		if(head.next == null)
		{
			System.out.println("链表为空");
			return;
		}
		// 因为头结点不能动，因此我们需要一个辅助变量
		HeroNode temp=head.next;
		while(true)
		{
			//判断是否到链表的最后
			if(temp == null)
			{
				break;
			}
			//输出节点的信息
			System.out.println(temp);
			//将temp后移，一定消息
			temp=temp.next;
		}
	}
	
	//修改节点信息，根据no编号来修改，即编号no的值不能修改
	//根据h节点的no值来修改即可
	public void update(HeroNode h)
	{
		//判断链表是否为空
		if(head.next==null)
		{
			System.out.println("链表为空");
			return;
		}
		//找到需要修改的节点的位置，根据no编写
		//定义一个辅助变量
		HeroNode temp=this.head.next;
		boolean flag=false;//表示是否找到节点
		while(true)
		{
			if(temp==null)
			{
				//已经遍历完链表
				break;
			}
			if(temp.no == h.no) 
			{
				//找到了需要修改的节点
				flag=true;
				break;
			}
			temp=temp.next;
		}
		//根据flag判断是否找到要修改的节点
		if(flag)
		{
			temp.name=h.name;
			temp.nickname=h.nickname;
		}
		else
		{
			//没有找到需要修改的节点
			System.out.printf("没有找到编号为 %d 的节点...",h.no);
		}
	}
	
	//删除节点
	//思路
	//1、head不能动，因此我们需要一个temp辅助节点找到待删除节点的前一个节点
	//2、说明我们在比较时，时temp.next.no 和需要删除的节点的no比较
	public void del(int no)
	{
		HeroNode temp=head;
		boolean flag=false;//标志是否找到待删除的节点
		while(true)
		{
			if(temp.next==null)//已经到链表的最后
			{
				break;
			}
			if(temp.next.no == no)
			{
				//找到待删除的节点的前一个节点temp
				flag=true;
				break;
			}
			temp=temp.next;//temp后移，遍历
		}
		if(flag)//说明找到了待删除节点
		{
			//可以删除
			temp.next=temp.next.next;
		}
		else
		{
			System.out.printf("待删除的 %d 节点不存在",no);
		}
	}
	
	//方法：获取单链表的节点的个数（如果是带头结点的链表，需要不统计头结点）
	public int getLength()
	{
		if(this.head.next==null)//空链表
		{
			return 0;
		}
		int length=0;
		//定义一个辅助变量
		HeroNode current=this.head.next;
		while(current !=null)
		{
			length++;
			current=current.next;
		}
		return length;
	}
	
	//需求：查找单链表中的倒数第k个节点
	//思路：
	//1、编写一个方法，接收一个index
	//2、index表示是倒数第index个节点
	//3、先把链表从头到尾遍历，得到链表总的长度，调用getLength即可
	//4、得到size后，我们从链表的第一个开始遍历（size-index）个
	//5、如果找到，则返回节点，否则返回null
	public HeroNode findLastIndexNode(int index)
	{
		//如果链表为空，返回null
		if(this.head.next==null)
		{
			return null;
		}
		//第一个遍历得到链表的长度
		int size=this.getLength();
		//第二次遍历size-index位置，就是我们要的倒数第k个节点
		//先做一个index的校验
		if(index<=0 || index > size)
		{
			return null;
		}
		//定义一个辅助变量，for循环定位到倒数的index
		HeroNode current=this.head.next;
		for(int i=0;i<size-index;i++)
		{
			current=current.next;
		}
		return current;
	}
	
	//将单链表进行翻转
	public void reverse()
	{
		//如果当前链表为空，或者只有一个节点，无需翻转
		if(this.head.next==null || this.head.next.next==null)
		{
			return;
		}
		
		//定义一个辅助的指针（变量），帮助我们进行遍历原来的链表
		HeroNode current=this.head.next;
		HeroNode next=null;//指向当前节点【current】的下一个节点
		HeroNode reverseHead=new HeroNode(0,"","");
		//遍历原来的链表,每遍历一个节点，就将其取出，并放在心得链表reverseHead的最前端
		while(current!=null)
		{
			next=current.next;//先暂时保存当前节点的下一个节点，因为后面需要使用
			current.next=reverseHead.next;//将current的下一个节点指向心得链表的最前端
			reverseHead.next=current;
			current=next;
		}
		//将this.head.next 指向reverseHead.next,实现单链表的翻转
		this.head.next=reverseHead.next;
	}
	
	// 使用栈来实现逆序打印单链表
	public void reversePrint()
	{
		if(this.head.next==null)
		{
			return;
		}
		//创建一个栈，将各个节点压入栈
		Stack<HeroNode> stack=new Stack<HeroNode>();
		HeroNode cur=this.head.next;
		//将链表的所有节点压入栈
		while(cur != null)
		{
			stack.push(cur);
			cur=cur.next;
		}
		//将栈中的节点进行打印，pop出栈
		while(stack.size()>0)
		{
			System.out.println(stack.pop());//栈的特点是先进后出
		}
	}
	
	
}

public class SingleLinkedListDemo {

	public static void main(String[] args) {
		// 进行测试
		// 先创建节点
		HeroNode h1=new HeroNode(1,"宋江","及时雨");
		HeroNode h2=new HeroNode(2,"卢俊义","玉麒麟");
		HeroNode h3=new HeroNode(3,"吴用","智多星");
		HeroNode h4=new HeroNode(4,"林冲","豹子头");
		
		//创建链表
		SingleLinkedList s=new SingleLinkedList();
		
		System.out.println("显示append方法的用法结果......");
		s.append(h1);
		s.append(h4);
		s.append(h2);
		s.append(h3);
		// 显示链表
		s.show();
		
		// 将s置空
		s.setEmpty();
		
		System.out.println("显示insertByOrder方法的使用及效果......");
		s.insertByOrder(h1);
		s.insertByOrder(h4);
		s.insertByOrder(h2);
		s.insertByOrder(h3);
		s.insertByOrder(h3);
		//显示链表
		s.show();
		
		System.out.println("显示update方法的使用及效果....");
		HeroNode h5=new HeroNode(2,"小卢","玉麒麟~~");
		s.update(h5);
		s.show();
		
		//删除一个节点
		System.out.println("测试del函数及其效果....");
		s.del(1);
		s.show();
		s.del(4);
		s.show();
		System.out.println("del 之后通过append将链表恢复");
		HeroNode h6=new HeroNode(h1);
		HeroNode h7=new HeroNode(h4);
		s.append(h6);
		s.append(h7);
		s.show();
		System.out.printf("单链表的长度为 %d \n",s.getLength());
		
		//测试一下是否能达到倒数第k个节点
		HeroNode res=s.findLastIndexNode(2);
		System.out.printf("找到倒数第2个数据为 %d ",res.no);
		
		System.out.println("显示 reverse（） 方法的使用及效果...");
		System.out.println("reverse() 调用之前的链表：");
		s.show();
		System.out.println("reverse() 方法调用之后链表：");
		s.reverse();
		s.show();
		System.out.println("测试一下reversePrint方法的使用及效果......");
		s.reversePrint();
	}
}

运行结果为：

显示append方法的用法结果......
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=及时雨]
HeroNode [no=4, name=林冲, nickname=豹子头]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickname=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickname=智多星]
显示insertByOrder方法的使用及效果......
准备插入的英雄的编号 3 已经存在了，不能加入
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=及时雨]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickname=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickname=智多星]
HeroNode [no=4, name=林冲, nickname=豹子头]
显示update方法的使用及效果....
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=及时雨]
HeroNode [no=2, name=小卢, nickname=玉麒麟~~]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickname=智多星]
HeroNode [no=4, name=林冲, nickname=豹子头]
测试del函数及其效果....
HeroNode [no=2, name=小卢, nickname=玉麒麟~~]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickname=智多星]
HeroNode [no=4, name=林冲, nickname=豹子头]
HeroNode [no=2, name=小卢, nickname=玉麒麟~~]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickname=智多星]
del 之后通过append将链表恢复
HeroNode [no=2, name=小卢, nickname=玉麒麟~~]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickname=智多星]
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=及时雨]
HeroNode [no=4, name=林冲, nickname=豹子头]
单链表的长度为 4 
找到倒数第2个数据为 1 显示 reverse（） 方法的使用及效果...
reverse() 调用之前的链表：
HeroNode [no=2, name=小卢, nickname=玉麒麟~~]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickname=智多星]
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=及时雨]
HeroNode [no=4, name=林冲, nickname=豹子头]
reverse() 方法调用之后链表：
HeroNode [no=4, name=林冲, nickname=豹子头]
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=及时雨]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickname=智多星]
HeroNode [no=2, name=小卢, nickname=玉麒麟~~]
测试一下reversePrint方法的使用及效果......
HeroNode [no=2, name=小卢, nickname=玉麒麟~~]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickname=智多星]
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=及时雨]
HeroNode [no=4, name=林冲, nickname=豹子头]