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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} ]