数据结构链表各种问题

一：链表原理

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、链表的实现

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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);

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();

}

}

运行结果如下：

三、链表相关的常见面试题总结

1.
链表反转

调整指针的指向，反转后链表的头结点是原始链表的尾节点。

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/**

* 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;

}

运行结果：

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。

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/**

* 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;

}

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 。

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/**

* 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

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/**

* 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;

}

运行结果：



5. 删除链表中的重复节点

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/**

* 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;

} else

q = q.next;

}

p = p.next;

}

}

6. 从尾到头输出单链表，采用递归方式实现

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/**

* 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

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/**

* 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;

}