web開發(fā)中數(shù)據(jù)結構線性結構鏈表是怎樣的

這篇文章給大家介紹web開發(fā)中數(shù)據(jù)結構線性結構鏈表是怎樣的，內容非常詳細，感興趣的小伙伴們可以參考借鑒，希望對大家能有所幫助。

一、前言

我們今天要講解的 鏈表 不一樣，鏈表是我們數(shù)據(jù)結構學習的一個重點，也有可能是一個難點，為什么鏈表這么重要呢?因為他是最簡單的也是  真正的動態(tài)數(shù)據(jù)結構。

二、為什么鏈表很重要

• 鏈表是一個真正的動態(tài)數(shù)據(jù)結構

• 最簡單的動態(tài)數(shù)據(jù)結構

• 更深入的理解引用(或者指針)

• 更深入的理解遞歸

• 輔助組成其他數(shù)據(jù)結構

更深入的理解引用(或者指針)：和內存相關，雖然在 java 中大家不用手動的管理內存，但是對 鏈表  這種數(shù)據(jù)結構，更加深入的理解，可以幫助大家對引用、指針、甚至計算機系統(tǒng)中和內存管理相關的很多話題，有更加深入的認識。

更深入的理解遞歸：鏈表 本來也是有他非常清晰的遞歸結構的，、由于 鏈表 這種數(shù)據(jù)結構是 數(shù)據(jù)結構，我們可以更加  深入理解遞歸，對于遞歸這種深入理解是不可獲取的。

鏈表 本身也是具有功能性：輔助組成其他數(shù)據(jù)結構(hashMap 、棧和隊列)

三、什么是鏈表

鏈表 是一種數(shù)據(jù)結構，在內存中通過 節(jié)點記錄內存地址 而相互鏈接形成一條鏈的儲存方式。相比數(shù)組而言，鏈表在內存中不需要連續(xù)的區(qū)域，只需要每一個節(jié)點都能夠  記錄下一個節(jié)點 的 內存地址 ，通過 引用 進行查找，這樣的特點也就造就了 鏈表 增刪操作時間消耗很小，而查找遍歷時間消耗很大的特點。

我們日常在 Java 中使用的 LinkedList 即為 雙向鏈表。而在鏈表是由其基本組成單元節(jié)點 (Node)  來實現(xiàn)的。我們在日常中見到的鏈表大部分都是 單鏈表和雙鏈表

單元節(jié)點 (Node)：

class Node{   E e;   Node next; }

e 就是鏈表元素

next 指的是當前節(jié)點的下一個節(jié)點

對于 鏈表  來說它就像我們的火車一樣，每一個節(jié)點其實就是一節(jié)車廂，我們在車廂中存儲真正的數(shù)據(jù)，而車廂和車廂之間還要進行連接，讓我們數(shù)據(jù)是整合在一起的，用戶可以方便的在所有的數(shù)據(jù)上進行查詢或其他操作，那么  數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)連接 就是由這個 next 來完成的

當然 鏈表 不能無窮無盡，如果一個節(jié)點的 next 是 Null 了，就說明這個節(jié)點是最后一個節(jié)點了，這就是 鏈表

如下圖所示(單鏈表)：

鏈表的優(yōu)點：真正的動態(tài)，不需要處理固定容量的問題鏈表的缺點：喪失了隨機訪問的能力

在數(shù)組中：每一個索引，直接從數(shù)組中拿出索引對應的元素，這是因為從底層機制上，數(shù)組所開辟的空間，在內存里是連續(xù)分布的，所以我們可以直接可以去找這個數(shù)組的偏移，直接計算出這個數(shù)據(jù)所存儲的內存地址，可以直接使用。

鏈表：而鏈表是靠 Next 一層一層連接的，需要借助這個 Next 一點一點的去找我們需要取出來的元素。

四、創(chuàng)建我們自己的鏈表

4.1 鏈表基本結構

/**  * 底層鏈表的內部類  * @param <E>  */ public class LinkedList<E> {      //設計私有的內部類，對于用戶來說不需要知道鏈表底層實現(xiàn)，     // 不需要知道node這個節(jié)點，對用戶屏蔽編碼實現(xiàn)的底層實現(xiàn)     private class Node{         public E e;         public Node next;//public 可以在LinkedList隨意操作          public Node(E e,Node next){             this.e = e;             this.next = next;         }          public Node(E e){             this(e,null);         }          public Node(){             this(null,null);         }          @Override         public String toString() {             return e.toString();         }     } }

內部類Node：設計私有的內部類，對于用戶來說不需要知道鏈表底層實現(xiàn)，不需要知道node這個節(jié)點，對用戶屏蔽編碼實現(xiàn)的底層實現(xiàn)e：元素next：指向Node的一個引用

4.2 添加元素

之前我們講的是如何在數(shù)組中添加元素，我們在數(shù)組尾添加元素是非常方便的，因為對于數(shù)組來說是順序排放的，有意思的是對于鏈表來說，恰恰相反，在鏈表頭添加元素是非常方便的，其實這樣非常好理解，對于數(shù)組來說我們有  size 這個變量，它直接指向了數(shù)組中最后一個元素下一個位置，也就是下一個待添加元素的位置，所以直接添加就非常容易，因為有 size  這個變量，在跟蹤數(shù)組的尾巴，而對于鏈表來說我們設立了鏈表的一個頭 head ，而沒有變量來跟蹤鏈表的尾巴,所以我們在鏈表頭添加元素是非常方便的，最關鍵的就是  node.next = head 和 head = node，如下圖所示：

4.2.1 鏈表頭添加元素

代碼實現(xiàn)：

//在鏈表頭中添加元素e   public void addFirst(E e){   //方式一   //        Node node = new Node(e);   //        node.next = head;   //        head = node;   //方式二       head = new Node(e,head);       size ++;   }

4.2.2 鏈表中間添加元素

我們需要在索引為2的地方添加元素 666，我們只需要找到 元素666要 插入之前的節(jié)點(1) ，我們管它叫 prev，然后把 之前節(jié)點的(1) next  指向 666，然后在將 666的這個 節(jié)點指向之前節(jié)點(1) 的 之后的節(jié)點(2) ，就完成了整個插入了，其中關鍵代碼就是  node.next=prev.next和prev.next=node;，其中關鍵：我們要找到添加節(jié)點的前一個節(jié)點 。

代碼實現(xiàn)：

 //在鏈表的index(0-based)位置添加新的元素e     public void add(int index,E e){         if(index < 0 || index > size)             throw new IllegalArgumentException("Add failed. Illegal index.");          if(index == 0)             addFirst(e);         else{             Node prev = head;             for (int i = 0; i < index - 1; i++) {//將prev 放入下一個節(jié)點，直到移動到index - 1                 prev = prev.next;                  //方式一 //                Node node = new Node(e); //                node.next = prev.next; //                prev.next = node;                  //方式二                 prev.next = new Node(e,prev.next);                 size++;             }         }     }   //在鏈表末尾添加新的元素e     public void addLast(E e){         add(size,e);     }

4.2.3 添加操作時間復雜度

4.3 為鏈表設計虛擬頭結點

上面我們介紹了鏈表的添加操作，那么我們在添加的時候遇到了一個問題，就是在鏈表任意一個地方的時候，添加一個元素，在鏈表頭添加一個元素，和在鏈表其他地方添加元素，邏輯上會有差別，為什么在鏈表頭添加元素會比較特殊呢，因為我們在鏈表添加元素的過程，要找到待添加的  之前的一個節(jié)點，但是由于對于鏈表頭沒有之前的一個節(jié)點，不過我們可以自己創(chuàng)建一個頭結點，這個頭節(jié)點就是 虛擬頭結點，這個節(jié)點對于用戶來說是不存在，  用戶也不會感知到這個節(jié)點的存在，我們是屏蔽了這個節(jié)點的存在，如下圖所示：

代碼實現(xiàn)：

private Node dummyHead;    int size;     public LinkedList(){        dummyHead = new Node(null,null);        size = 0;    }      //獲取鏈表中的元素個數(shù)    public int getSize(){        return size;    }     //返回鏈表是否為空    public boolean isEmpty(){        return size == 0;    }    //在鏈表的index(0-based)位置添加新的元素e    public void add(int index,E e){         if(index < 0 || index > size)            throw new IllegalArgumentException("Add failed. Illegal index.");         Node prev = dummyHead;        for (int i = 0; i < index; i++)            prev = prev.next;         prev.next = new Node(e,prev.next);        size ++;    }   //在鏈表頭中添加元素e    public void addFirst(E e){        add(0,e);    }     //在鏈表末尾添加新的元素e    public void addLast(E e){        add(size,e);    }

4.4 鏈表元素 get、set、是否存在操作

//在鏈表的index(0-based)位置添加新的元素e    public E get(int index){        if(index < 0 || index > size)            throw new IllegalArgumentException("Get failed. Illegal index.");         Node cur = dummyHead.next;        for (int i = 0; i < index; i++)            cur = cur.next;         return cur.e;    }     //獲得鏈表的第一個元素    public E getFirst(){        return get(0);    }     //獲取鏈表的最后一個元素    public E getLast(){        return get(size - 1);    }     //在鏈表的index(0-based)位置添加新的元素e    public void set(int index,E e){        if(index < 0 || index > size)            throw new IllegalArgumentException("Set failed. Illegal index.");         Node cur = dummyHead.next;        for (int i = 0; i < index; i++)            cur = cur.next;         cur.e = e;    }     //查找鏈表中是否有元素e    public boolean contains(E e){        Node cur = dummyHead.next;        while (cur != null){            if(cur.e.equals(e))                return  true;            cur = cur.next;        }        return false;    }

4.5.1 修改和查找操作時間復雜度

4.5 刪除鏈表元素

加入我們想要刪除索引為 (2) 位置的元素，我們需要找到 待刪除節(jié)點之前的一個位置，也就是(1) ，我們用 prev 表示，找到這個節(jié)點之后，那么 (2)  就是我們需要刪除的索引了 我們叫 delNode，如下圖所示：

代碼實現(xiàn)：

//從鏈表中刪除Index(0-based)位置的元素，返回刪除的元素     public E remove(int index){         if(index < 0 || index > size)             throw new IllegalArgumentException("Remove failed. Illegal index.");          Node prev = dummyHead;         for (int i = 0; i < index; i++)             prev = prev.next;          Node retNode = prev.next;         prev.next = retNode.next;         retNode.next = null;          size --;          return  retNode.e;      }      //從鏈表中刪除第一個位置的元素     public E removeFirst(){         return remove(0);     }      //從鏈表中刪除最后一個位置的元素     public E removeLast(){         return remove(size - 1);     }

4.5.1 刪除操作時間復雜度

4.6 完整代碼

/**  * 底層鏈表的內部類  * @param <E>  */ public class LinkedList<E> {      private class Node{         public E e;         public Node next;//public 可以在LinkedList隨意操作          public Node(E e,Node next){             this.e = e;             this.next = next;         }          public Node(E e){             this(e,null);         }          public Node(){             this(null,null);         }          @Override         public String toString() {             return e.toString();         }     }       private Node dummyHead;     int size;      public LinkedList(){         dummyHead = new Node(null,null);         size = 0;     }       //獲取鏈表中的元素個數(shù)     public int getSize(){         return size;     }      //返回鏈表是否為空     public boolean isEmpty(){         return size == 0;     }         //在鏈表頭中添加元素e     public void addFirst(E e){ //方式一 //        Node node = new Node(e); //        node.next = head; //        head = node; //方式二         add(0,e);     }      //在鏈表的index(0-based)位置添加新的元素e     public void add(int index,E e){          if(index < 0 || index > size)             throw new IllegalArgumentException("Add failed. Illegal index.");          Node prev = dummyHead;         for (int i = 0; i < index; i++)             prev = prev.next;          prev.next = new Node(e,prev.next);         size ++;     }      //在鏈表末尾添加新的元素e     public void addLast(E e){         add(size,e);     }      //在鏈表的index(0-based)位置添加新的元素e     public E get(int index){         if(index < 0 || index > size)             throw new IllegalArgumentException("Get failed. Illegal index.");          Node cur = dummyHead.next;         for (int i = 0; i < index; i++)             cur = cur.next;          return cur.e;     }      //獲得鏈表的第一個元素     public E getFirst(){         return get(0);     }      //獲取鏈表的最后一個元素     public E getLast(){         return get(size - 1);     }      //在鏈表的index(0-based)位置添加新的元素e     public void set(int index,E e){         if(index < 0 || index > size)             throw new IllegalArgumentException("Set failed. Illegal index.");          Node cur = dummyHead.next;         for (int i = 0; i < index; i++)             cur = cur.next;          cur.e = e;     }      //查找鏈表中是否有元素e     public boolean contains(E e){         Node cur = dummyHead.next;         while (cur != null){             if(cur.e.equals(e))                 return  true;             cur = cur.next;         }         return false;     }       //從鏈表中刪除Index(0-based)位置的元素，返回刪除的元素     public E remove(int index){         if(index < 0 || index > size)             throw new IllegalArgumentException("Remove failed. Illegal index.");          Node prev = dummyHead;         for (int i = 0; i < index; i++)             prev = prev.next;          Node retNode = prev.next;         prev.next = retNode.next;         retNode.next = null;          size --;          return  retNode.e;      }      //從鏈表中刪除第一個位置的元素     public E removeFirst(){         return remove(0);     }      //從鏈表中刪除最后一個位置的元素     public E removeLast(){         return remove(size - 1);     }      @Override     public String toString() {          StringBuilder res = new StringBuilder();         for (Node cur = dummyHead.next;cur != null; cur= cur.next)             res.append(cur + "->");          res.append("Null");         return res.toString();     }  }

4.2.7 結果測試：

public static void main(String[] args) {         LinkedList<Integer> linkedList = new LinkedList<>();         //添加元素 0-4         for (int i = 0; i < 5 ; i++) {             linkedList.addFirst(i);             System.out.println(linkedList);         }          //添加第二個元素添加 666         linkedList.add(2,666);         System.out.println(linkedList);          //刪除第二個元素 666         linkedList.remove(2);         System.out.println(linkedList);          //刪除第一個元素         linkedList.removeFirst();         System.out.println(linkedList);          //刪除最后一個元素         linkedList.removeLast();         System.out.println(linkedList);     }

打印結果：

0->Null 1->0->Null 2->1->0->Null 3->2->1->0->Null 4->3->2->1->0->Null 4->3->666->2->1->0->Null 4->3->2->1->0->Null 3->2->1->0->Null 3->2->1->Null

四、鏈表時間復雜度分析

對于增加和刪除來說，如果是對鏈表頭進行操作，那么就是 O(1) 級別的復雜度，對于查詢來說，也是一樣

五、鏈表應用

5.1 使用棧實現(xiàn)鏈表

5.1.1 接口類：

/**  * @program: Data-Structures  * @ClassName Stack  * @description:  * @author: lyy  * @create: 2019-11-20 21:51  * @Version 1.0  **/ public interface Stack<E> {      int getSize();     boolean isEmpty();     void push(E e);     E pop();     E peek();  }

5.1.2 實現(xiàn)類：

import com.lyy.datasty.Mystack.Stack;  //鏈表棧實現(xiàn) public class LinkedListStack<E> implements Stack<E> {      private LinkedList1<E> list;      public LinkedListStack(){         list = new LinkedList1<>();     }       @Override     public int getSize() {         return list.getSize();     }      @Override     public boolean isEmpty() {         return list.isEmpty();     }      @Override     public void push(E e) {         list.addFirst(e);     }      @Override     public E pop() {         return list.removeFirst();     }      @Override     public E peek() {         return list.getFirst();     }      @Override     public String toString() {          StringBuilder res = new StringBuilder();         res.append("Stack：top  ");         res.append(list);         return res.toString();     }     }

5.1.3 運行結果：

public static void main(String[] args) {         LinkedListStack<Integer> stack = new LinkedListStack<>();         for (int i = 0; i < 5; i++) {             stack.push(i);             System.out.println(stack);         }         stack.pop();         System.out.println(stack);       }

5.1.4 結果打印：

Stack：top  0->Null Stack：top  1->0->Null Stack：top  2->1->0->Null Stack：top  3->2->1->0->Null Stack：top  4->3->2->1->0->Null Stack：top  3->2->1->0->Null

5.2 使用鏈表實現(xiàn)隊列

5.2.1 接口類

/**  * @program: Data-Structures  * @ClassName Queue  * @description:  * @author: lyy  * @create: 2019-11-21 21:54  * @Version 1.0  **/ public interface Queue<E> {      int getSize();     boolean isEmpty();     void enqueue(E e);     E dequeue();     E getFront();   }

5.2.2 實現(xiàn)類

public class LinkedListQueue<E> implements Queue<E>{      //設計私有的內部類，對于用戶來說不需要知道鏈表底層實現(xiàn)，     // 不需要知道node這個節(jié)點，對用戶屏蔽編碼實現(xiàn)的底層實現(xiàn)     private class Node{         public E e;         public Node next;//public 可以在LinkedList隨意操作          public Node(E e, Node next){             this.e = e;             this.next = next;         }          public Node(E e){             this(e,null);         }          public Node(){             this(null,null);         }          @Override         public String toString() {             return e.toString();         }     }      private Node head,tail;     private int size;      public LinkedListQueue(){         head = null;         tail = null;         size = 0;     }       @Override     public int getSize() {         return size;     }      @Override     public boolean isEmpty() {         return size == 0;     }      @Override     public void enqueue(E e) {         if(tail == null){             tail = new Node(e);             head = tail;         }else{             tail.next = new Node(e);             tail = tail.next;         }         size ++;     }      @Override     public E dequeue() {         if(isEmpty())             throw new IllegalArgumentException("Cannot dequeue from an empty queue.");          Node retNode = head;         head = head.next;         retNode.next = null;         if(head == null)             tail = null;          size --;          return retNode.e;     }      @Override     public E getFront() {         if(isEmpty())             throw new IllegalArgumentException("queue is empty.");          return head.e;     }      @Override     public String toString() {         StringBuilder res = new StringBuilder();         res.append("Queue：front  ");          Node cur = head;         while (cur != null) {             res.append(cur + "->");             cur = cur.next;         }         res.append("Null tail");         return res.toString();     } }

5.2.2 測試類

public static void main(String[] args) {         LinkedListQueue<Integer> queue = new LinkedListQueue<>();         for (int i = 0; i < 10; i++) {             queue.enqueue(i);             System.out.println(queue);              if(i % 3 ==2){                 queue.dequeue();                 System.out.println(queue);             }         }     }

打印結果：

Queue：front  0->Null tail Queue：front  0->1->Null tail Queue：front  0->1->2->Null tail Queue：front  1->2->Null tail Queue：front  1->2->3->Null tail Queue：front  1->2->3->4->Null tail Queue：front  1->2->3->4->5->Null tail Queue：front  2->3->4->5->Null tail Queue：front  2->3->4->5->6->Null tail Queue：front  2->3->4->5->6->7->Null tail Queue：front  2->3->4->5->6->7->8->Null tail Queue：front  3->4->5->6->7->8->Null tail Queue：front  3->4->5->6->7->8->9->Null tail

六、更多鏈表結構

6.1 雙鏈表

代碼：

class Node{   E e;   Node next,prev; }

 6.1 循環(huán)列表

代碼：

class Node{   E e;   Node next,prev; }

在java中，LinkedList 底層使用的就是  循環(huán)鏈表，也就是循環(huán)雙向鏈表。

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