【数据结构】6.LinkedList与链表

LinkedList的底层是双向链表结构，由于链表没有将元素存储在连续的空间中，元素存储在单独的节点中，然后通过引用将节点连接起来了，因此在任意位置插入或者删除元素时，不需要搬移元素，效率比较高。在集合框架中，LinkedList也实现了List接口，具体如下：【说明】LinkedList实现了List接口。LinkedList的底层使用了双向链表。LinkedList没有实现RandomAces

一只小月亮

1489人浏览 · 2024-12-16 09:00:00

一只小月亮 · 2024-12-16 09:00:00 发布

6. ArrayList和LinkedList的区别

1.ArrayList的缺陷

现在我们熟悉了ArrayList的使用，并且进行了简单模拟实现。通过源码知道，ArrayList底层使用数组元素来存储元素。

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
// ...

// 默认容量是10
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

//...

// 数组：用来存储元素
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access

// 有效元素个数
private int size;

public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
}
}

// ...
}

2. 链表

2.1 链表的概念及结构

链表是一种物理存储结构上非连续存储结构，数据元素的逻辑顺序是通过链表中的引用链接次序实现的。

实际中链表的结构非常多样，以下情况组合起来就有8中链表结构：

1.单向或者双向

2.带头或者不带头

3.循环或者非循环

虽然有这么多链表结构，但是我们重点掌握两种：

无头单向非循环列表：结构简单，一般不会单独用来存储数据。实际中更多是作为其他数据结构的子结构，如哈希桶，图的邻接表等等，另外这种结构在笔试面试中出现很多。

无头双向链表：在Java的集合框架中LinkedList底层实现就是无头双向循环链表。

2.2 链表的实现

// 1、无头单向非循环链表实现
public class SingleLinkedList {
//头插法
public void addFirst(int data){
}
//尾插法
public void addLast(int data){
}
//任意位置插入,第一个数据节点为0号下标
public void addIndex(int index,int data){
}
//查找是否包含关键字key是否在单链表当中
public boolean contains(int key){
return false;
}
//删除第一次出现关键字为key的节点
public void remove(int key){
}
//删除所有值为key的节点
public void removeAllKey(int key){
}
//得到单链表的长度
public int size(){
return -1;
}
public void clear() {
}
public void display() {}
}

3. 链表的面试题

删除链表中等于定值val的所有节点。
反转一个单链表。
给定一个带有头结点的head的非空单链表，返回链表的中间结点。如果有两个中间结点，则返回第二个中间结点。
输入一个链表，输出该链表中倒数第k个结点。
将两个有序链表合并后并为一个新的有序链表并返回。新链表是通过拼接给定的两个链表的所有节点组成的。
编写代码，以给定值x为基准将链表分割成两个部分，所有下于x的结点排在大于或等于x的结点之前。
链表的回文结构。
输入两个链表，找出他们的第一个公共结点。
给定一个链表，判断链表中是否有环。

【思路】

快慢指针，即慢指针一次走一步，快指针一次走两步。两个指针从链表的起始位置开始运行，如果链表带环则一定会在环中相遇，否则快指针率先走到链表的末尾。

【扩展问题】

为什么快指针每次走两步，慢指针走一步可以？

答：假设链表带环，两个指针最后都会入环，快指针先进环，慢指针后进环。当慢指针刚进环时，可能就和快指针相遇了，最差情况下两个指针之间的距离刚好就是环的长度，此时，两个指针每移动一次，之间的距离就缩小一步，不会出现每次刚好是套圈的情况，因此：在慢指针走到一圈之前，快指针肯定是可以追上慢指针的，即相遇。

快指针一次走3步，走4步，……n步可以吗？

10.给定一个链表，返回链表开始入环的第一个结点。如果链表无环，则返回NULL。

结论：让一个指针从链表起始位置开始遍历链表，同时让一个指针从判环时相遇点的位置开始绕环运行，两个指针都是每次均走一步，最终肯定会在入口点的位置相遇。
证明：

4. LinkedList的模拟实现

// 2、无头双向链表实现
public class MyLinkedList {
//头插法
public void addFirst(int data){ }
//尾插法
public void addLast(int data){}
//任意位置插入,第一个数据节点为0号下标
public void addIndex(int index,int data){}
//查找是否包含关键字key是否在单链表当中
public boolean contains(int key){}
//删除第一次出现关键字为key的节点
public void remove(int key){}
//删除所有值为key的节点
public void removeAllKey(int key){}
//得到单链表的长度
public int size(){}
public void display(){}
public void clear(){}
}

5. LinkedList的使用

5.1 什么是LinkedList

LinkedList的底层是双向链表结构，由于链表没有将元素存储在连续的空间中，元素存储在单独的节点中，然后通过引用将节点连接起来了，因此在任意位置插入或者删除元素时，不需要搬移元素，效率比较高。

在集合框架中，LinkedList也实现了List接口，具体如下：

【说明】

LinkedList实现了List接口。
LinkedList的底层使用了双向链表。
LinkedList没有实现RandomAcess接口，因此LinkedList不支持随机访问。
LinkedList的任意位置插入和删除元素时效率比较高，时间复杂度为O（1）。
LinkedList比较适合任意位置插入的场景。

5.2 LinkedList的使用

1.LinkedList的构造

方法	解释
LinkedLIst( )	无参构造
public LinkedList(Collection<?extends E>c)	使用其他集合容器中元素构造List

public static void main(String[] args) {
// 构造一个空的LinkedList
List<Integer> list1 = new LinkedList<>();

List<String> list2 = new java.util.ArrayList<>();
list2.add("JavaSE");
list2.add("JavaWeb");
list2.add("JavaEE");
// 使用ArrayList构造LinkedList
List<String> list3 = new LinkedList<>(list2);
}

2. LinkedList的其他常用方法介绍

方法	解释
boolean add(E e)	尾插e
void add(int index,E element)	将e插入到index位置
boolean addAll(Collection<? extends E>c)	尾插c中的元素
E remove(int index)	删除index位置元素
boolean remove(Object o)	删除遇到的第一个o
E get(int index)	获取下标inndex位置元素
E set(int index, Elemnet)	将下标index位置元素设element
void clear()	清空
boolean contains(Object o)	判断o是否在线性表中
int indexOf(Object o)	返回第一个o所在下标
int lastIndexOf（Object o）	返回最后一个o的下标
List<E>sublist(int fromIndex,int toIndex)	截取部分List

public static void main(String[] args) {
LinkedList<Integer> list = new LinkedList<>();
list.add(1); // add(elem): 表示尾插
list.add(2);
list.add(3);
list.add(4);
list.add(5);
list.add(6);
list.add(7);
System.out.println(list.size());
System.out.println(list)；

// 在起始位置插入0
list.add(0, 0); // add(index, elem): 在index位置插入元素elem
System.out.println(list);

list.remove(); // remove(): 删除第一个元素，内部调用的是removeFirst()
list.removeFirst(); // removeFirst(): 删除第一个元素
list.removeLast(); // removeLast(): 删除最后元素
list.remove(1); // remove(index): 删除index位置的元素
System.out.println(list);

// contains(elem): 检测elem元素是否存在，如果存在返回true，否则返回false
if(!list.contains(1)){
list.add(0, 1);
}
list.add(1);
System.out.println(list);
System.out.println(list.indexOf(1)); // indexOf(elem): 从前往后找到第一个elem的位置
System.out.println(list.lastIndexOf(1)); // lastIndexOf(elem): 从后往前找第一个1的位置
int elem = list.get(0); // get(index): 获取指定位置元素
list.set(0, 100); // set(index, elem): 将index位置的元素设置为elem
System.out.println(list);

// subList(from, to): 用list中[from, to)之间的元素构造一个新的LinkedList返回
List<Integer> copy = list.subList(0, 3); 
System.out.println(list);
System.out.println(copy);
list.clear(); // 将list中元素清空
System.out.println(list.size());
}

3. LinkedList的遍历

public static void main(String[] args) {
LinkedList<Integer> list = new LinkedList<>();
list.add(1); // add(elem): 表示尾插
list.add(2);
list.add(3);
list.add(4);
list.add(5);
list.add(6);
list.add(7);
System.out.println(list.size());
// foreach遍历
for (int e:list) {
System.out.print(e + " ");
}
System.out.println();
// 使用迭代器遍历---正向遍历
ListIterator<Integer> it = list.listIterator();
while(it.hasNext()){
System.out.print(it.next()+ " ");
}
System.out.println();
// 使用反向迭代器---反向遍历
ListIterator<Integer> rit = list.listIterator(list.size());
while (rit.hasPrevious()){
System.out.print(rit.previous() +" ");
}
System.out.println();
}

6. ArrayList和LinkedList的区别

不同点	ArrayList	LinkedList
存储空间上	物理上一定连续	逻辑上连续，但物理上不一定连续
随机访问	支持O（1）	不支持O(N)
头插	需要搬移元素，效率低O（N）	只需修改引用的指线，时间复杂度为O（1）
插入	空间不够时需要扩容	没有容量的概念
应用场景	元素高效存储+频繁访问	任意位置插入和删除频繁