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Java 資料結構與演算法 - 連結串列
連結串列基礎
連結串列是由一系列連結組成的序列,每個連結包含一個指向另一個連結的連線。連結串列是僅次於陣列的第二常用資料結構。以下是理解連結串列概念的重要術語。
連結 − 連結串列的每個連結都可以儲存稱為元素的資料。
下一個 − 連結串列的每個連結都包含一個指向下一個連結的連結,稱為“下一個”。
連結串列 − 連結串列包含一個指向第一個連結的連線,稱為“第一個”。
連結串列表示

根據上面所示的圖示,以下是需要考慮的重要幾點。
連結串列包含一個稱為“第一個”的連結元素。
每個連結都包含一個或多個數據欄位和一個稱為“下一個”的連結欄位。
每個連結都使用其“下一個”連結與其下一個連結連結。
最後一個連結的連結為 null,以標記列表的結尾。
連結串列的型別
以下是連結串列的各種型別。
簡單鏈表 − 項導航只能向前。
雙向連結串列 − 可以向前和向後導航項。
迴圈連結串列 − 最後一項包含下一項的第一個元素的連結,第一個元素包含前一項的最後一個元素的連結。
基本操作
以下是列表支援的基本操作。
插入 − 在列表開頭新增一個元素。
刪除 − 刪除列表開頭的元素。
顯示 − 顯示完整列表。
搜尋 − 使用給定的鍵搜尋元素。
刪除 − 使用給定的鍵刪除元素。
插入操作
插入是一個三步過程
使用提供的資料建立一個新的連結。
將新連結指向舊的第一個連結。
將第一個連結指向此新連結。

//insert link at the first location public void insertFirst(int key, int data){ //create a link Link link = new Link(key,data); //point it to old first node link.next = first; //point first to new first node first = link; }
刪除操作
刪除是一個兩步過程
獲取第一個連結指向的連結作為臨時連結。
將第一個連結指向臨時連結的下一個連結。

//delete first item public Link deleteFirst(){ //save reference to first link Link tempLink = first; //mark next to first link as first first = first.next; //return the deleted link return tempLink; }
導航操作
導航是一個遞迴步驟過程,是許多操作(如搜尋、刪除等)的基礎。
獲取第一個連結指向的連結作為當前連結。
檢查當前連結是否不為 null 並顯示它。
將當前連結指向當前連結的下一個連結,並移動到上述步驟。

注意
//display the list public void display(){ //start from the beginning Link current = first; //navigate till the end of the list System.out.print("[ "); while(current != null){ //print data current.display(); //move to next item current = current.next; System.out.print(" "); } System.out.print(" ]"); }
高階操作
以下是為列表指定的高階操作。
排序 − 基於特定順序對列表進行排序。
反轉 − 反轉連結串列。
連線 − 連線兩個列表。
排序操作
我們使用氣泡排序來對列表進行排序。
public void sort(){ int i, j, k, tempKey, tempData ; Link current,next; int size = length(); k = size ; for ( i = 0 ; i < size - 1 ; i++, k-- ) { current = first ; next = first.next ; for ( j = 1 ; j < k ; j++ ) { if ( current.data > next.data ) { tempData = current.data ; current.data = next.data; next.data = tempData ; tempKey = current.key; current.key = next.key; next.key = tempKey; } current = current.next; next = next.next; } } }
反轉操作
以下程式碼演示了反轉單鏈表。
public LinkedList reverse() { LinkedList reversedlist = new LinkedList(); Link nextLink = null; reversedlist.insertFirst(first.key, first.data); Link currentLink = first; // Until no more data in list, // insert current link before first and move ahead. while(currentLink.next != null){ nextLink = currentLink.next; // Insert at start of new list. reversedlist.insertFirst(nextLink.key, nextLink.data); //advance to next node currentLink = currentLink.next; } return reversedlist; }
連線操作
以下程式碼演示了反轉單鏈表。
public void concatenate(LinkedList list){ if(first == null){ first = list.first; } if(list.first == null){ return; } Link temp = first; while(temp.next !=null) { temp = temp.next; } temp.next = list.first; }
演示
Link.javapackage com.tutorialspoint.list; public class Link { public int key; public int data; public Link next; public Link(int key, int data){ this.key = key; this.data = data; } public void display(){ System.out.print("{"+key+","+data+"}"); } }LinkedList.java
package com.tutorialspoint.list; public class LinkedList { //this link always point to first Link //in the Linked List private Link first; // create an empty linked list public LinkedList(){ first = null; } //insert link at the first location public void insertFirst(int key, int data){ //create a link Link link = new Link(key,data); //point it to old first node link.next = first; //point first to new first node first = link; } //delete first item public Link deleteFirst(){ //save reference to first link Link tempLink = first; //mark next to first link as first first = first.next; //return the deleted link return tempLink; } //display the list public void display(){ //start from the beginning Link current = first; //navigate till the end of the list System.out.print("[ "); while(current != null){ //print data current.display(); //move to next item current = current.next; System.out.print(" "); } System.out.print(" ]"); } //find a link with given key public Link find(int key){ //start from the first link Link current = first; //if list is empty if(first == null){ return null; } //navigate through list while(current.key != key){ //if it is last node if(current.next == null){ return null; }else{ //go to next link current = current.next; } } //if data found, return the current Link return current; } //delete a link with given key public Link delete(int key){ //start from the first link Link current = first; Link previous = null; //if list is empty if(first == null){ return null; } //navigate through list while(current.key != key){ //if it is last node if(current.next == null){ return null; }else{ //store reference to current link previous = current; //move to next link current = current.next; } } //found a match, update the link if(current == first) { //change first to point to next link first = first.next; }else { //bypass the current link previous.next = current.next; } return current; } //is list empty public boolean isEmpty(){ return first == null; } public int length(){ int length = 0; for(Link current = first; current!=null; current = current.next){ length++; } return length; } public void sort(){ int i, j, k, tempKey, tempData ; Link current,next; int size = length(); k = size ; for ( i = 0 ; i < size - 1 ; i++, k-- ) { current = first ; next = first.next ; for ( j = 1 ; j < k ; j++ ) { if ( current.data > next.data ) { tempData = current.data ; current.data = next.data; next.data = tempData ; tempKey = current.key; current.key = next.key; next.key = tempKey; } current = current.next; next = next.next; } } } public LinkedList reverse() { LinkedList reversedlist = new LinkedList(); Link nextLink = null; reversedlist.insertFirst(first.key, first.data); Link currentLink = first; // Until no more data in list, // insert current link before first and move ahead. while(currentLink.next != null){ nextLink = currentLink.next; // Insert at start of new list. reversedlist.insertFirst(nextLink.key, nextLink.data); //advance to next node currentLink = currentLink.next; } return reversedlist; } public void concatenate(LinkedList list){ if(first == null){ first = list.first; } if(list.first == null){ return; } Link temp = first; while(temp.next !=null) { temp = temp.next; } temp.next = list.first; } }LinkedListDemo.java
package com.tutorialspoint.list; public class LinkedListDemo { public static void main(String args[]){ LinkedList list = new LinkedList(); list.insertFirst(1, 10); list.insertFirst(2, 20); list.insertFirst(3, 30); list.insertFirst(4, 1); list.insertFirst(5, 40); list.insertFirst(6, 56); System.out.print("\nOriginal List: "); list.display(); System.out.println(""); while(!list.isEmpty()){ Link temp = list.deleteFirst(); System.out.print("Deleted value:"); temp.display(); System.out.println(""); } System.out.print("List after deleting all items: "); list.display(); System.out.println(""); list.insertFirst(1, 10); list.insertFirst(2, 20); list.insertFirst(3, 30); list.insertFirst(4, 1); list.insertFirst(5, 40); list.insertFirst(6, 56); System.out.print("Restored List: "); list.display(); System.out.println(""); Link foundLink = list.find(4); if(foundLink != null){ System.out.print("Element found: "); foundLink.display(); System.out.println(""); }else{ System.out.println("Element not found."); } list.delete(4); System.out.print("List after deleting an item: "); list.display(); System.out.println(""); foundLink = list.find(4); if(foundLink != null){ System.out.print("Element found: "); foundLink.display(); System.out.println(""); }else{ System.out.print("Element not found. {4,1}"); } System.out.println(""); list.sort(); System.out.print("List after sorting the data: "); list.display(); System.out.println(""); System.out.print("Reverse of the list: "); LinkedList list1 = list.reverse(); list1.display(); System.out.println(""); LinkedList list2 = new LinkedList(); list2.insertFirst(9, 50); list2.insertFirst(8, 40); list2.insertFirst(7, 20); list.concatenate(list2); System.out.print("List after concatenation: "); list.display(); System.out.println(""); } }
如果我們編譯並執行上述程式,則會產生以下結果
Original List: [ {6,56} {5,40} {4,1} {3,30} {2,20} {1,10} ] Deleted value:{6,56} Deleted value:{5,40} Deleted value:{4,1} Deleted value:{3,30} Deleted value:{2,20} Deleted value:{1,10} List after deleting all items: [ ] Restored List: [ {6,56} {5,40} {4,1} {3,30} {2,20} {1,10} ] Element found: {4,1} List after deleting an item: [ {6,56} {5,40} {3,30} {2,20} {1,10} ] Element not found. {4,1} List after sorting the data: [ {1,10} {2,20} {3,30} {5,40} {6,56} ] Reverse of the list: [ {6,56} {5,40} {3,30} {2,20} {1,10} ] List after concatenation: [ {1,10} {2,20} {3,30} {5,40} {6,56} {7,20} {8,40} {9,50} ]