Java用单链表实现学生信息的管理实现单链表java的原理

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IT狼人9号 2024-07-25 13:59:44

文章标签 Java用单链表实现学生信息的管理链表 java 数据结构单链表 文章分类 Java 后端开发

文章目录

1 链表介绍
2 单链表

2.1 单链表介绍
2.2 单链表的遍历及添加节点

2.2.1 不按照编号顺序添加
2.2.2 按照编号顺序添加

2.3 单链表节点的修改
2.3 单链表节点的删除
2.4 单链表相关习题及答案

2 双向链表

2.1 双向链表的遍历
2.2 双向链表的添加节点
2.3 双向链表的修改节点
2.4 双向链表的删除节点

3 单向环形链表

3.1 约瑟夫环
3.2 构造单向环形链表
3.3 遍历环形链表
3.4 约瑟夫环出圈代码

1 链表介绍

链表是以节点的方式来存储的，是链式存储
每个节点包含data域，next域：指向下一个节点
如下图，发现链表的各个节点不一定是连续存储的
链表分带头节点的链表和没有头节点的链表，根据实际需求来确定

2 单链表

2.1 单链表介绍

Java用单链表实现学生信息的管理实现单链表java的原理_java

2.2 单链表的遍历及添加节点

2.2.1 不按照编号顺序添加

添加（创建）

先创建一个head头节点，作用就是表示单链表的头
后面我们每添加一个节点，就直接加入到链表的最后

遍历

通过一个辅助变量，帮助遍历整个链表

代码

class SingleLinkedListDemo {

    //定义一个SingleLinkedList来管理我们的英雄人物
    static class SingleLinkedList{
        //先初始化头结点，头结点不要动，不存放具体数据
        private HeroNode head = new HeroNode(0,"","");

        //添加节点到单向链表
        //思路，当不考虑编号顺序时
        //1.找到当前链表的最后节点
        //2.将最后这个节点的next指向新的节点
        public void add(HeroNode heroNode){

            // 因为head节点不能动，因此我们需要一个辅助变量遍历temp
            HeroNode temp = head;
            //遍历链表，找到最后
            while (true){
                //找到链表最后
                if (temp.next == null){
                    break;
                }
                //如果没有找到最后，将temp后移
                temp = temp.next;
            }
            //当退出while循环时，temp就指向了链表的最后
            //将最后这个节点的next指向新的节点
            temp.next = heroNode;
        }

        //显示链表（遍历）
        public void list(){
            //判断链表是否为空
            if (head.next == null){
                System.out.println("链表为空");
                return;
            }
            //因为头节点，不能动，因此我们需要一个辅助变量来遍历
            HeroNode temp = head.next;
            while (true){
                //判断是否到链表最后
                if (temp == null){
                    break;
                }
                //输出节点信息
                System.out.println(temp);
                //将temp后移，一定小心
                temp = temp.next;
            }
        }

    }

    //定义HeroNode，每个HeroNode 对象就是一个节点
    static class HeroNode{
        public int no;
        public String name;
        public String nickname;
        public HeroNode next;//指向下一个节点
        //构造器
        public HeroNode(int no, String name, String nickname){
            this.no = no;
            this.name = name;
            this.nickname = nickname;
        }

        //为了显示方便，重写toString方法
        @Override
        public String toString() {
            return "HeroNode{" +
                    "no=" + no +
                    ", name='" + name + '\'' +
                    ", nickname='" + nickname + '\'' +
                    '}';
        }
    }
}

public class test {
    public static void main(String[] args) {
        //进行测试
        //先创建节点
        SingleLinkedListDemo.HeroNode hero1 = new SingleLinkedListDemo.HeroNode(1, "宋江", "及时雨");
        SingleLinkedListDemo.HeroNode hero2 = new SingleLinkedListDemo.HeroNode(2, "卢俊义", "玉麒麟");
        SingleLinkedListDemo.HeroNode hero3 = new SingleLinkedListDemo.HeroNode(3, "吴用", "智多星");
        SingleLinkedListDemo.HeroNode hero4 = new SingleLinkedListDemo.HeroNode(4, "林冲", "豹子头");

        //创建一个链表
        SingleLinkedListDemo.SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedListDemo.SingleLinkedList();
        //加入
        singleLinkedList.add(hero1);
        singleLinkedList.add(hero2);
        singleLinkedList.add(hero3);
        singleLinkedList.add(hero4);
        //显示
        singleLinkedList.list();

    }
}

2.2.2 按照编号顺序添加

Java用单链表实现学生信息的管理实现单链表java的原理_单链表_02

首先找到新添加的节点的位置，是通过辅助变量（temp），通过遍历来做的
新的节点.next = temp.next
将temp.next = 新的节点

class SingleLinkedListDemo {

    //定义一个SingleLinkedList来管理我们的英雄人物
    static class SingleLinkedList{
        //先初始化头结点，头结点不要动，不存放具体数据
        private HeroNode head = new HeroNode(0,"","");

        //添加节点到单向链表
        //第二种方式在添加英雄时，根据排名将英雄插入到指定位置
        public void addByOrder(HeroNode heroNode){
            //因为头节点不能动，因此我们仍通过一个辅助指针（变量）来帮助找到添加的位置
            //因为单链表，我们找的temp是位于添加位置的前一个节点，否则插入不了
            HeroNode temp = head;
            boolean flag = false;
            while (true){
                if (temp.next == null){//说明temp已经在链表最后
                    break;
                }
                if (temp.next.no > heroNode.no){//位置找到，就在temp的后面插入
                    break;
                }else if (temp.next.no == heroNode.no){//说明希望添加的heroNode的编号已存在
                    flag = true;
                    break;
                }
                temp = temp.next;//后移，遍历当前链表
            }
            //判断flag的值
            if (flag){//不能添加，说明编号存在
                System.out.println("准备插入的英雄编号"+heroNode.no+"已经存在，不能添加");
            }else {
                //插入到链表中，temp的后面
                heroNode.next = temp.next;
                temp.next = heroNode;
            }
        }

        //显示链表（遍历）
        public void list(){
            //判断链表是否为空
            if (head.next == null){
                System.out.println("链表为空");
                return;
            }
            //因为头节点，不能动，因此我们需要一个辅助变量来遍历
            HeroNode temp = head.next;
            while (true){
                //判断是否到链表最后
                if (temp == null){
                    break;
                }
                //输出节点信息
                System.out.println(temp);
                //将temp后移，一定小心
                temp = temp.next;
            }
        }

    }

    //定义HeroNode，每个HeroNode 对象就是一个节点
    static class HeroNode{
        public int no;
        public String name;
        public String nickname;
        public HeroNode next;//指向下一个节点
        //构造器
        public HeroNode(int no, String name, String nickname){
            this.no = no;
            this.name = name;
            this.nickname = nickname;
        }

        //为了显示方便，重写toString方法
        @Override
        public String toString() {
            return "HeroNode{" +
                    "no=" + no +
                    ", name='" + name + '\'' +
                    ", nickname='" + nickname + '\'' +
                    '}';
        }
    }
}

public class test {
    public static void main(String[] args) {
        //进行测试
        //先创建节点
        SingleLinkedListDemo.HeroNode hero1 = new SingleLinkedListDemo.HeroNode(1, "宋江", "及时雨");
        SingleLinkedListDemo.HeroNode hero2 = new SingleLinkedListDemo.HeroNode(2, "卢俊义", "玉麒麟");
        SingleLinkedListDemo.HeroNode hero3 = new SingleLinkedListDemo.HeroNode(3, "吴用", "智多星");
        SingleLinkedListDemo.HeroNode hero4 = new SingleLinkedListDemo.HeroNode(4, "林冲", "豹子头");

        //创建一个链表
        SingleLinkedListDemo.SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedListDemo.SingleLinkedList();
        //加入
        singleLinkedList.addByOrder(hero1);
        singleLinkedList.addByOrder(hero4);
        singleLinkedList.addByOrder(hero2);
        singleLinkedList.addByOrder(hero3);
        singleLinkedList.addByOrder(hero3);
        //显示
        singleLinkedList.list();

    }
}

2.3 单链表节点的修改

public void update(HeroNode newHeroNode){
    //判断是否空
    if (head.next == null){
        System.out.println("链表为空");
        return;
    }
    //找到需要修改的节点，根据no编号
    //定义一个辅助变量
    HeroNode temp = head.next;
    boolean flag = false;//表示是否找到该节点
    while (true){
        if (temp == null){
            break;//已经遍历完链表
        }
        if (temp.no == newHeroNode.no){
            //找到了
            flag = true;
            break;
        }
        temp = temp.next;
    }
    //根据flag判断是否找到要修改的节点
    if (flag){
        temp.name = newHeroNode.name;
        temp.nickname = newHeroNode.nickname;
    }else {//没有找到
        System.out.println("没有找到编号为"+newHeroNode.no+"的节点");
    }
}

2.3 单链表节点的删除

思路

我们先找到需要删除的这个节点的前一个节点temp
temp.next = temp.next.next
被删除的节点，将不会有其他引用指向，会被垃圾回收机制回收

//删除节点
public void del(int no){
    HeroNode temp = head;
    boolean flag = false;//标志是否找到删除节点
    while (true){
        if (temp.next == null){//已经到链表最后
            break;
        }
        if (temp.next.no == no){
            //找到待删除节点的前一个节点temp
            flag = true;
            break;
        }
        temp = temp.next;
    }
    //判断flag
    if (flag){//找到
        //可以删除
        temp.next = temp.next.next;
    }else {
        System.out.println("要删除的节点"+no+"不存在");
    }
}

2.4 单链表相关习题及答案

获取单链表的有效节点的个数（如果是带头节点的链表，需要不统计头节点）

//获取单链表的有效节点的个数（如果是带头节点的链表，需要不统计头节点）

/**
 *
 * @param head 链表头节点
 * @return 返回的是有效节点的个数
 */
public static int getLength(HeroNode head){
    if (head.next == null){
        return 0;
    }
    int length = 0;
    //定义一个辅助变量，这里我们没有统计头节点
    HeroNode cur = head.next;
    while (cur!=null){
        length++;
        cur = cur.next;//遍历
    }
    return length;
}

查找单链表中的倒数第k个节点
思路：
先编写一个方法，接收head节点，同时接收一个index，index是倒数第index节点
再把链表从头到尾遍历，得到链表的总的长度getLength
再得到size之后，我们从链表的第一个开始遍历（size-index）个，就可以得到

public static int getLength(HeroNode head){
       if (head.next == null){
           return 0;
       }
       int length = 0;
       //定义一个辅助变量，这里我们没有统计头节点
       HeroNode cur = head.next;
       while (cur!=null){
           length++;
           cur = cur.next;//遍历
       }
       return length;
   }

   public static HeroNode findLastIndexNode(HeroNode head,int index){
       if (head.next == null){
           return null;
       }
       //第一次遍历，得到链表的长度（节点的个数）
       int size = getLength(head);
       //第二次遍历 size-index位置，就是我们倒数的第K个节点
       if (index<=0||index>size){
           return null;
       }
       //定义一个辅助变量,for循环定位到倒数的index
       HeroNode cur = head.next;
       for (int i = 0;i<size-index;i++){
           cur = cur.next;
       }
       return cur;
   }

单链表的反转

//将单链表反转
public static void reversetList(HeroNode head){
    //如果当前链表为空，或者只有一个节点，无需反转，直接返回
    if (head.next == null || head.next.next == null){
        return;
    }

    //定义一个辅助的指针（变量），帮助我们遍历原来的链表
    HeroNode cur = head.next;
    HeroNode next = null;//指向当前节点[cur]的下一个节点
    HeroNode reverseHead = new HeroNode(0,"","");
    //遍历原来的链表，从头到尾遍历原来的链表，
    // 每遍历一个节点，就将其取出，并放在新的链表reverseHead的最前端
    while (cur!=null){
        next = cur.next;//先暂时保存当前节点的下一个节点，因为后面需要使用
        cur.next = reverseHead.next;//将cur的下一个节点指向新的链表的最前端
        reverseHead.next = cur;//将cur连接到新的链表上
        cur = next;//让cur后移
    }
    //将head.next 指向 reverseHead.next,实现单链表的反转
    head.next = reverseHead.next;
}

从尾到头打印单链表
思路：
方式一：先将单链表进行反转操作，然后再遍历即可，这样做的问题是会破坏原来的单链表的结构（不建议）
方式二：利用栈这个数据结构，将各个节点压入到栈中，然后利用栈的先进后出的特点，就实现了逆序打印的效果

//逆序打印
public static void reversePrint(HeroNode head){
    if (head.next == null){
        return;//空链表，不能打印
    }
    //创建一个栈，将各节点压入栈
    Stack<HeroNode> stack = new Stack<HeroNode>();
    HeroNode cur = head.next;
    //将链表的所有节点压入栈
    while (cur!=null){
        stack.push(cur);
        cur = cur.next;//cur后移，这样就可以压入下一个节点
    }
    //将栈中的节点进行打印
    while (stack.size()>0){
        System.out.println(stack.pop());
    }
}

2 双向链表

双向链表与单向链表相比较：

查找的只能是一个方向，而双向链表可以向前或者向后查找
单向链表不能自我删除，需要靠辅助节点（找到待删除节点的前一个节点），而双向链表可以自我删除

2.1 双向链表的遍历

遍历方法和单链表一致，只是可以向前，也可以向后查找

//遍历双向链表
public void list(){
    //判断链表是否为空
    if (head.next == null){
        System.out.println("链表为空");
        return;
    }
    //因为头节点，不能动，因此我们需要一个辅助变量来遍历
    HeroNode2 temp = head.next;
    while (true){
        //判断是否到链表最后
        if (temp == null){
            break;
        }
        //输出节点信息
        System.out.println(temp);
        //将temp后移，一定小心
        temp = temp.next;
    }
}

2.2 双向链表的添加节点

（默认添加到双向链表的最后）

先找到双向链表的最后一个节点
temp.next = newHeroNode
newHeroNode.pre = temp

//添加一个节点到双向链表的最后
public void add(HeroNode2 heroNode){
    // 因为head节点不能动，因此我们需要一个辅助变量遍历temp
    HeroNode2 temp = head;
    //遍历链表，找到最后
    while (true){
        //找到链表最后
        if (temp.next == null){
            break;
        }
        //如果没有找到最后，将temp后移
        temp = temp.next;
    }
    //当退出while循环时，temp就指向了链表的最后
    //形成一个双向链表
    temp.next = heroNode;
    heroNode.pre = temp;
}

2.3 双向链表的修改节点

双向链表的修改与单链表一致

//修改一个节点的内容，与单项链表一致
public void update(HeroNode2 newHeroNode){
    //判断是否空
    if (head.next == null){
        System.out.println("链表为空");
        return;
    }
    //找到需要修改的节点，根据no编号
    //定义一个辅助变量
    HeroNode2 temp = head.next;
    boolean flag = false;//表示是否找到该节点
    while (true){
        if (temp == null){
            break;//已经遍历完链表
        }
        if (temp.no == newHeroNode.no){
            //找到了
            flag = true;
            break;
        }
        temp = temp.next;
    }
    //根据flag判断是否找到要修改的节点
    if (flag){
        temp.name = newHeroNode.name;
        temp.nickname = newHeroNode.nickname;
    }else {//没有找到
        System.out.println("没有找到编号为"+newHeroNode.no+"的节点");
    }
}

2.4 双向链表的删除节点

从双向链表中删除一个节点
对于双向链表直接找到要删除的节点，不需要像单链表那样找到要删除节点的前一个节点
找到后自我删除即可

假设要删除temp这个节点，直接找到他
temp.pre.next = temp.next
temp.next.pre = temp.pre

//从双向链表中删除一个节点
//对于双向链表直接找到要删除的节点，不需要像单链表那样找到要删除节点的前一个节点
//找到后自我删除即可
public void del(int no){

    //判断当前链表是否为空
    if (head.next == null){//空链表
        System.out.println("链表为空，无法删除");
        return;
    }

    HeroNode2 temp = head.next;//辅助变量
    boolean flag = false;//标志是否找到删除节点
    while (true){
        if (temp == null){//已经到链表最后节点的next
            break;
        }
        if (temp.no == no){
            //找到待删除节点的前一个节点temp
            flag = true;
            break;
        }
        temp = temp.next;
    }

    //判断flag
    if (flag){//找到
        //可以删除
        temp.pre.next = temp.next;
        //若是最后一个节点，就不需要执行temp.next.pre = temp.pre
        //否则会空指针异常
        if (temp.next!=null){
            temp.next.pre = temp.pre;
        }
    }else {
        System.out.println("要删除的节点"+no+"不存在");
    }
}

3 单向环形链表

3.1 约瑟夫环

m个人围成一个圈，指定一个数字n,从第一个人开始报数，每轮报到n的选手出局，由下一个人接着从头开始报，最后一个人是赢家。其中m>1,n>2。（这里我们可以得出一个出队编号的序列）

假设：
n = 5，即有5个人
k = 1，即从第一个人开始报数
m = 2，数2下

出圈思路

创建一个辅助指针helper，事先应该指向环形链表的最后一个节点
小孩报数前，先让first和helper移动k-1次
当小孩报数时，让first和helper指针同时移动m-1次
这时就可以将first指向Boy节点出圈
first = first.next
helper.next = first
原来first指向的节点就没有任何引用，就会被回收

Java用单链表实现学生信息的管理实现单链表java的原理_Java用单链表实现学生信息的管理_03

手算的出队列的顺序为：24153

3.2 构造单向环形链表

构建一个单向的环形链表的思路

先创建第一个节点，让first指向该节点，并形成环形
后面当我们每创建一个新的节点，就把该节点加入到已有的环形链表中即可

3.3 遍历环形链表

先让一个辅助指针curBoy，指向first节点
然后通过一个while循环遍历该环形链表即可，curBoy.next == first 结束

3.4 约瑟夫环出圈代码

//创建一个环形的单向链表
class CircleSingleLinkedList{
    //创建一个first节点，当前没有编号
    private Boy first = null;
    //添加Boy节点，构建成一个环形链表
    public void addBoy(int nums){
        //num做一个数据校验
        if (nums<1){
            System.out.println("nums的值不正确");
            return;
        }
        Boy curBoy = null;//辅助指针，帮助构建环形链表
        //使用for来创建我们的环形链表
        for (int i = 1; i <= nums; i++) {
            //根据编号，创建Boy节点
            Boy boy = new Boy(i);
            //如果是第一个Boy
            if (i==1){
                first = boy;
                first.setNext(first);//构成环
                curBoy = first;//让curBoy指向第一个Boy
            }else {
                curBoy.setNext(boy);
                boy.setNext(first);
                curBoy = boy;
            }
        }
    }

    //遍历当前环形链表
    public void showBoy(){
        //判断链表是否为空
        if (first == null){
            System.out.println("没有Boy");
            return;
        }
        //因为first不能动，因此我们仍然需要使用一个辅助指针完成遍历
        Boy curBoy = first;
        while (true){
            System.out.println("小孩的编号为："+curBoy.getNo());
            if (curBoy.getNext() == first){//说明已经遍历完毕
                break;
            }
            curBoy = curBoy.getNext();//curBoy后移
        }
    }

    //根据用户的输入，计算Boy出圈的顺序

    /**
     *
     * @param startNo 表示从第几个小孩开始数数
     * @param countNum 表示数几下
     * @param nums 表示最初由多少小孩在圈中
     */
    public void countBoy(int startNo, int countNum, int nums){
        //先对数据进行校验
        if (first == null || startNo < 1 || startNo > nums){
            System.out.println("参数输入有误，请重新输入");
            return;
        }
        //创建一个辅助指针，帮助完成Boy出圈
        Boy helper = first;
        //创建一个辅助指针helper，事先应指向环形链表的最后这个节点
        while (true){
            if (helper.getNext() == first){
                break;
            }
            helper = helper.getNext();
        }
        //Boy报数前，先让first和helper移动k-1次
        for (int j = 0; j < startNo-1; j++) {
            first = first.getNext();
            helper = helper.getNext();
        }
        //当小号报数时，让first和helper指针同时移动m-1次，然后出圈
        //这里是一个循环操作，直到圈中只有一个节点
        while (true){
            if (helper == first){//说明圈中只有一个节点
                break;
            }
            //让first 和 helper 指针同时 移动 countNum -1
            for (int j = 0; j < countNum-1; j++) {
                first = first.getNext();
                helper = helper.getNext();
            }
            //这时first指向的节点，就是要出圈的小孩节点
            System.out.println("Boy"+first.getNo()+"出圈");
            System.out.println();
            //这时将first指向的小孩节点出圈
            first = first.getNext();
            helper.setNext(first);
        }
        System.out.print("最后留在圈中的小孩编号为："+first.getNo());
    }
}



//创建一个Boy类，表示一个节点
class Boy{
    private int no;
    private Boy next;
    public Boy(int no){
        this.no = no;
    }

    public int getNo() {
        return no;
    }

    public void setNo(int no) {
        this.no = no;
    }

    public Boy getNext() {
        return next;
    }

    public void setNext(Boy next) {
        this.next = next;
    }
}

测试代码

public class Josepfu {
    public static void main(String[] args) {
        //测试构建和遍历是否正确
        CircleSingleLinkedList circleSingleLinkedList = new CircleSingleLinkedList();
        circleSingleLinkedList.addBoy(5);//5个Boy节点
        circleSingleLinkedList.showBoy();

        //测试Boy出圈
        circleSingleLinkedList.countBoy(1,2,5);//24153
    }
}

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