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数据结构-链表

iseeyu2年前 (2024-02-22)推广1157

我们习惯性地把第一个结点叫作头结点，把最后一个结点叫作尾结点。其中，头结点用来记录链表的基地址。有了它，我们就可以遍历得到整条链表。而尾结点特殊的地方是：指针不是指向下一个结点，而是指向一个空地址 NULL，表示这是链表上最后一个结点。

针对链表的插入和删除操作，我们只需要考虑相邻结点的指针改变，所以对应的时间复杂度是 O(1)。链表随机访问的性能没有数组好，需要 O(n) 的时间复杂度。

循环链表

循环链表是一种特殊的单链表。实际上，循环链表也很简单。它跟单链表唯一的区别就在尾结点。我们知道，单链表的尾结点指针指向空地址，表示这就是最后的结点了。而循环链表的尾结点指针是指向链表的头结点。从我画的循环链表图中，你应该可以看出来，它像一个环一样首尾相连，所以叫作“循环”链表。

从我画的图中可以看出来，双向链表需要额外的两个空间来存储后继结点和前驱结点的地址。所以，如果存储同样多的数据，双向链表要比单链表占用更多的内存空间。虽然两个指针比较浪费存储空间，但可以支持双向遍历，这样也带来了双向链表操作的灵活性。那相比单链表，双向链表适合解决哪种问题呢？从结构上来看，双向链表可以支持 O(1) 时间复杂度的情况下找到前驱结点，正是这样的特点，也使双向链表在某些情况下的插入、删除等操作都要比单链表简单、高效。

头结点即为第一个节点
尾节点指向空地址

带哨兵的节点有利于简化代码，推荐使用

双向链表

双向循环链表

了解了循环链表和双向链表，如果把这两种链表整合在一起就是一个新的版本：双向循环链表。

双向链表的示例【待添加】

必练操作

接口定义

package com.s1.array;

public interface IList {

    void print();

    // 往尾部添加
    void add(Integer data);

    void addFirst(Integer data);

    void addLast(Integer data);

    // 指定位置添加元素（有效范围内）
    void add(int position, Integer data);
    
    // 往尾部删除
    Object remove();

    // 删除首元素
    Object removeFirst();

    // 删除尾元素
    Object removeLast();

    // 删除指定下标的元素
    Object remove(int index);
    
    // 删除指定数据的元素
    Object remove(Object obj);  
        
    // 改1 ： 找到下标，然后更改
    boolean updateByPosition(int position, Integer value);
    
    // 改2 ： 找到原数据，然后更改
    boolean updateByData(Integer oldData, Integer newData);
    
    void clear();   
}

实现单链表【可选循环链表、双向链表】，支持增删操作
单链表反转链
表中环的检测
两个有序的链表合并
删除链表倒数第 n 个结点
求链表的中间结点

思考题：基于链表的 LRU 算法

LRU 思路一

如果此数据之前已经被缓存在链表中了，我们遍历得到这个数据对应的结点，并将其从原来的位置删除，然后再插入到链表的头部。
如果此数据没有在缓存链表中，又可以分为两种情况：
如果此时缓存未满，则将此结点直接插入到链表的头部；
如果此时缓存已满，则链表尾结点删除，将新的数据结点插入链表的头部。

或者思路二

    /**
     * 如果不存在 
     *   队列未满则插入 tail
     *   队列已满移除head并从插入 tail         
     * 如果存在 则从中取出并从插入 tail
     */

package com.s2.link;

public class LRULinkedList extends LinkedList {
    
    private static final int DEFAULT_LENGTH = 10;
    
    private final int length;
    
    private int used = 0;

    public LRULinkedList() {
        this(DEFAULT_LENGTH);
    }
    
    public LRULinkedList(int length) {
        this.length = length;
    }
    
    protected boolean isFull () {
        return this.used == this.length;
    }
    
    @Override
    public void add(Integer data) {
        /**
         * 如果不存在 
         *   队列未满则插入 tail
         *   队列已满移除head并从插入 tail         
         * 如果存在 则从中取出并从插入 tail
         */ 
        Object removeNode = this.remove(data);
        if (removeNode == null && this.isFull()) {
            this.removeFirst();     
        }
        this.addLast(data);
    }
    
    @Override
    public Object remove(Object obj) {
        Object removeObject = super.remove(obj);
        if (removeObject != null) {
            this.used--;
        }       
        return removeObject;
    }
    
    @Override
    public Object removeFirst() {
        Object removeObject = super.removeFirst();
        if (removeObject != null) {
            this.used--;
        }       
        return removeObject;
    }
    
    @Override
    public void addLast(Integer data) {
        super.addLast(data);
        used++;
    }
}

思考题：判断是否为回文串

找到中间节点。根据奇偶个数。
如果是奇数个则中分开。
如果是偶数个，则认为中点有两个，继续分开。
然后分别拿到两端的 head 指针就行循环，如果遇到节点的数据不一致则认定不是回文串。若循环结束则认为该串是回文串。

代码片段

    //　判断是否为回文 
    public boolean palindrome() {
        // 根据快慢指针找到中间节点, 但是不知道总结点个数是奇还是偶数
        if (this.headNode == null) {
            return false;
        }
        if (this.headNode.next == null) {
            return true;
        }
        // 大于两个节点
        Node slow = this.headNode;
        Node fast = this.headNode;
        while (fast.next != null && fast.next.next != null) {
            slow = slow.next;
            fast = fast.next.next;
        }
        
        //  slow  fast
        //  1     2
        //  1     2   3
        System.out.println("slow " + slow);
        System.out.println("fast " + fast);
        
        Node leftNode;
        Node rightNode;
        // 总奇数个， 一个重点
        if (fast.next == null) {
            rightNode = slow.next;
            this.inverseLinkList(slow);
            leftNode = slow.next;
        } 
        //  总偶数个数，两个中点 
        else {
            rightNode = slow.next;
            this.inverseLinkList(slow);
            leftNode = slow;
        }           
        return this.TFResult(leftNode, rightNode);
    }

我的代码
https://gitee.com/kaiLee/struct/tree/master/src/main/java/com/s2