04 链表(LinkedList)

　　链表是真正的动态数据结构，其数据存储在“结点（Node）”中，它不需要处理固定容量的问题。其缺点在于丧失了随机访问的能力，不支持快速查询，而数组是支持快速查询的。

1.链表接口的实现

/**
 * @author 阿遠
 * Date: 2019/1/15
 * Time: 11:08
 */
public class LinkedList<E> {


    private Node dummyhead; // 链表头
    private int size; // 链表容量
    private class Node{
        public E e;  // 元素
        public Node next;   // 结点

        private Node(E e, Node next) {
            this.e = e;
            this.next = next;
        }

        public Node(E e) {
            this(e, null);
        }

        public Node() {
            this(null, null);
        }

        @Override
        public String toString() {
            return e.toString();
        }
    }

    public LinkedList() {
        dummyhead = new Node(null, null);
        size = 0;
    }

    // 获取列表中的元素个数
    public int getSize() {
        return size;
    }

    // 返回链表是否为空
    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    //在链表的index（0-based）位置添加新的元素e
    public void add(int index, E e) {
        if (index < 0 || index > size) {
            throw new IllegalArgumentException("Add failed.Illegal index.");
        }
        Node pre = dummyhead;
        for (int i = 0; i < index; i ++) {
            pre = pre.next;
        }
//            Node node = new Node(e);
//            node.next = pre.next;
//            pre.next = node;
        pre.next = new Node(e, pre.next);
        size ++;
    }
    //在链表头添加新的元素
    public void addFirst(E e) {
        add(0, e);
    }
    // 在链表的末尾添加新的元素
    public void addLast(E e) {
        add(size, e);
    }

    // 获得链表的第index个位置的元素
    public E get(int index) {
        if (index < 0 || index >= size)
            throw new IllegalArgumentException("Get failed.Illegal index.");
        Node cur = dummyhead.next;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            cur = cur.next; // 遍历找到index处的Node
        }
        return cur.e;
    }
    // 获得列表的第一个元素
    public E getFirst() {
        return get(0);
    }
    // 获得链表中最后一个元素
    public E getLast() {
        return get(size - 1);
    }

    // 修改列表中第index个位置的元素为e
    public void set(int index, E e) {
        if (index < 0 || index >= size)
            throw new IllegalArgumentException("Update failed.Illegal index.");
        Node cur = dummyhead.next;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            cur = cur.next;
        }
        cur.e = e;
    }

    // 查找链表中是否有元素e
    public boolean contains(E e) {
        Node cur = dummyhead.next;
        while(cur != null) {
            if (cur.e.equals(e)) {
                return true;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return false;
    }
    // 从列表中删除index位置处的元素，返回删除的元素
    public E remove(int index) {
        if (index < 0 || index >= size)
            throw new IllegalArgumentException("Remove failed.Illegal index.");
        Node prev = dummyhead;
        for (int i = 0; i < index; i ++) {
            prev = prev.next;
        }
        Node retNode = prev.next;
        prev.next = retNode.next;
        retNode.next = null;
        size --;

        return retNode.e;
    }
    // 从链表中删除第一个元素，返回删除的元素
    public E removeFirst() {
        return remove(0);
    }
    // 从链表中删除最后一个元素
    public E removeLast() {
        return remove(size - 1);
    }

    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder res = new StringBuilder();
//        Node cur = dummyhead.next;
//        while(cur != null) {
//            res.append(cur + "->");
//            cur = cur.next;
//        }
        for (Node cur = dummyhead.next; cur != null; cur = cur.next)
            res.append(cur + "->");
        res.append("NULL");
        return res.toString();
    }
}

2. 链表接口的测试

public class Main {

    public static void main(String[] args) {

        LinkedList<Integer> linkedList = new LinkedList<Integer>();
        for (int i = 0; i < 5; i ++) {
            linkedList.addFirst(i);
            System.out.println(linkedList);
        }
        System.out.println("在索引为2的位置插入元素： 666");
        linkedList.add(2, 666);
        System.out.println(linkedList);

        System.out.println("移除索引为2的位置的元素： 666");
        linkedList.remove(2);
        System.out.println(linkedList);

        System.out.println("移除链表头的元素：4");
        linkedList.removeFirst();
        System.out.println(linkedList);

        System.out.println("移除链表尾的元素：0");
        linkedList.removeLast();
        System.out.println(linkedList);
    }
}

　　测试结果：

0->NULL
1->0->NULL
2->1->0->NULL
3->2->1->0->NULL
4->3->2->1->0->NULL
在索引为2的位置插入元素： 666
4->3->666->2->1->0->NULL
移除索引为2的位置的元素： 666
4->3->2->1->0->NULL
移除链表头的元素：4
3->2->1->0->NULL
移除链表尾的元素：0
3->2->1->NULL

3.链表的复杂度分析

添加操作
    addLast(e)          O(n)     //从链表头开始遍历
    addFirst(e)         O(1)
    add(index, e)       O(n/2) = O(n)      //从链表头开始遍历
    删除操作
    removeLast(e)       O(n)    //从链表头开始遍历
    removeFirst(e)      O(1)
    remove(index, e)    O(n/2) = O(n)      //从链表头开始遍历
    修改操作
    set(index)          O(n)
    contains(e)         O(n)
    总结：
    增 ： O（n）     删 ： O（n）    改 ： O（n）    查 ： O（n）
    适合只操作链表头：O（1）

 4.链表的实例（LeetCode）

　　移除链表元素

　　题目：

　　删除链表中等于给定值 val 的所有节点。

　　示例:

　　输入: 1->2->6->3->4->5->6, val = 6
　　输出: 1->2->3->4->5
　　
　　答案：

/**
 * @author 阿遠
 * Date: 2019/1/21
 * Time: 11:01
 */
//public class ListNode {
//    int val;
//    ListNode next;
//    ListNode(int x) { val = x; }
//}
public class Solution {
    public ListNode removeElements(ListNode head, int val) {
        // 传入的链表不为空，链表头就是val以及新的链表头又是val
        while (head != null && head.val == val) {
//            ListNode delNode = head;
//            head = head.next;
//            delNode.next = null;
            head = head.next;
        }
        //如果链表中所有的结点都是相同的val,此时就已经全部删除，链表为空
        if (head == null)
            return null;
        // 链表中间的部分删除
        ListNode pre = head;
        while (pre.next != null) {
            if (pre.next.val == val) {
//                ListNode delNode = pre.next;
//                pre.next = delNode.next;
//                delNode.next = null;
                pre.next = pre.next.next;
            } else {
                pre = pre.next;
            }
        }
        return head;
    }
}