摘要:数组在末尾添加元素很简单,而链表在头部添加元素很简单。原因是数组维护者,而链表维护者。解决办法如果每次操作,不用去判断,而是直接添加就好了。我们可以增加一个虚拟头节点这个节点什么都不做,仅仅是之前的那个节点。
我理解的数据结构(四)—— 链表(Linked List) 一、链表基础
链表与数组的最大区别:链表是一种真正动态的数据结构
数据存储在“节点”中
优点:真正的动态,不需要处理固定容量的问题
缺点:丧失了随机访问的能力 (索引访问)
数据存储在“节点”中
class Node { E e; Node next; }二、链表添加元素的原理图
链表与数组在添加元素方面有很大的不同。数组在末尾添加元素很简单,而链表在头部添加元素很简单。原因是:数组维护者size,而链表维护者head。原理如下:三、链表 添加元素 代码实现
public class LinkedList四、虚拟头节点{ // 节点 private class Node { // 存储的元素 public E e; // 下一个节点 public Node next; public Node(E e, Node node) { this.e = e; this.next = node; } public Node(E e) { this(e, null); } public Node() { this(null, null); } @Override public String toString() { return e.toString(); } } private Node head; private int size; public LinkedList() { head = null; size = 0; } public int getSize() { return size; } public boolean isEmpty() { return size == 0; } // 练习用:在链表index位置添加一个元素e public void add(E e, int index) { if (index < 0 || index > size) { throw new IllegalArgumentException("index is illegal"); } if (index == 0) { // 头部添加 addFirst(e); } else { // 插入 // 需要插入元素位置的上一个元素 Node prev = head; for (int i = 0; i < index - 1; i++) { // 让prev指向插入元素的前一个元素 prev = prev.next; } // Node node = new Node(e); // node.next = prev.next; // prev.next = node; // 上面三句话等价于 prev.next = new Node(e, prev.next); size++; } } // 在链表头部添加一个元素 public void addFirst(E e) { // Node node = new Node(e); // node.next = head; // head = node; // 上面三句话等价于 head = new Node(e, head); size++; } // 在链表尾部添加元素 public void addLast(E e) { add(e, size); } }
but,有没有发现,上面的代码中有一个很不方便的地方,那就是我们每次在add操作的时候都会去做一次index是否为0的判断。
解决办法:
如果每次add操作,不用去判断,而是直接添加就好了。我们可以增加一个虚拟头节点!这个节点什么都不做,仅仅是head之前的那个节点。(是不是和循环队列我们故意浪费一个空间有点类似?)
public class LinkedList五、链表的修改和查询操作{ // 节点 private class Node { // 存储的元素 public E e; // 下一个节点 public Node next; public Node(E e, Node node) { this.e = e; this.next = node; } public Node(E e) { this(e, null); } public Node() { this(null, null); } @Override public String toString() { return e.toString(); } } // 虚拟头节点 private Node dummyHead; private int size; public LinkedList() { // 空的链表也是存在一个虚拟头节点的 dummyHead = new Node(null, null); size = 0; } public int getSize() { return size; } public boolean isEmpty() { return size == 0; } // 练习用:在链表index位置添加一个元素e public void add(E e, int index) { if (index < 0 || index > size) { throw new IllegalArgumentException("index is illegal"); } // 需要插入元素位置的上一个元素 Node prev = dummyHead; for (int i = 0; i < index; i++) { // 让prev指向插入元素的前一个元素 prev = prev.next; } prev.next = new Node(e, prev.next); size++; } // 在链表头部添加一个元素 public void addFirst(E e) { add(e, 0); } // 在链表尾部添加元素 public void addLast(E e) { add(e, size); } }
修改:
// 练习用:在index位置上设置元素的值为e public void set(int index, E e) { if (index < 0 || index > size) { throw new IllegalArgumentException("set failed, index is illegal"); } Node cur = dummyHead.next; for (int i = 0; i < index; i++) { cur = cur.next; } cur.e = e; } // 是否包含e元素 public boolean contains(E e) { Node cur = dummyHead.next; while (cur != null) { if (cur.e.equals(e)) { return true; } cur = cur.next; } return false; }
查询
// 练习用:获取index位置的元素 public E get(int index) { if (index < 0 || index > size) { throw new IllegalArgumentException("get failed, index is illegal"); } Node cur = dummyHead.next; for (int i = 0; i < index; i++) { cur = cur.next; } return cur.e; } // 获取第一个节点的元素 public E getFirst() { return get(0); } // 获取最后一个节点 public E getLast() { return get(size); } @Override public String toString() { StringBuilder res = new StringBuilder(); for (Node cur = dummyHead.next; cur != null; cur = cur.next) { res.append(cur.e + "->"); } res.append("NULL"); return res.toString(); }六、链表的删除操作
// 练习用:删除index位置上的元素 public E remove(int index) { if (index < 0 || index > size) { throw new IllegalArgumentException("remove failed, index is illegal"); } // 要删除节点的上一个节点 Node prev = dummyHead; for (int i = 0; i < index; i++) { prev = prev.next; } Node delNode = prev.next; prev.next = delNode.next; delNode.next = null; size--; return delNode.e; } // 删除第一个元素 public E removeFirst() { return remove(0); } // 删除最后一个元素 public E removeLast() { return remove(size - 1); }七、链表的时间复杂度分析
添加操作
addLast(e):O(n)
addFirst(e):O(1)
add(e, index):O(n/2) = O(n)
删除操作
removeLast(e):O(n)
removeFirst(e):O(1)
remove(e, index):O(n/2) = O(n)
修改操作
set(index, e):O(n)
查找操作
get(index):O(n)
contains(e):O(n)
综上:
操作 | 复杂度 |
---|---|
增 | O(n) |
删 | O(n) |
改 | O(n) |
查 | O(n) |
链表的效率那么低,我们为什么还要用链表?
如果我们只对链表头部进行增、删、查操作呢?没错O(1)!这就是我们用链表的原因。
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