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  • 数据结构与算法之PHP实现链表类（单链表/双链表/循环链表）

    链表是由一组节点组成的集合。每个节点都使用一个对象的引用指向它的后继。指向另一个节点的引用叫做链表。

    链表分为单链表、双链表、循环链表。
     
    一、单链表

    插入：链表中插入一个节点的效率很高。向链表中插入一个节点，需要修改它前面的节点(前驱)，使其指向新加入的节点，而新加入的节点则指向原来前驱指向的节点（见下图）。

    由上图可知，B、C之间插入D，三者之间的关系为

    current为插入节点的前驱节点
current->next = new              // B节点指向新节点D
new->next = current->next        // 新节点D指向B的后继节点C

    删除：从链表中删除一个元素，将待删除元素的前驱节点指向待删除元素的后继节点，同时将待删除元素指向 null，元素就删除成功了（见下图）。

    由上图可知，A、C之间删除B，三者之间的关系为

    current为要删除节点的前驱节点
current->next = current->next->next    // A节点指向C节点

    具体代码如下：

      1 <?php
  2 // 节点类
  3 class Node {
  4     public $data;   // 节点数据
  5     public $next;   // 下一节点
  6 
  7     public function __construct($data) {
  8         $this->data = $data;
  9         $this->next = NULL;
 10     }
 11 }
 12 // 单链表类
 13 class SingleLinkedList {
 14    private $header;    // 头节点
 15 
 16    function __construct($data) {
 17       $this->header = new Node($data);
 18    }
 19    // 查找节点
 20    public function find($item) {
 21       $current = $this->header;
 22       while ($current->data != $item) {
 23          $current = $current->next;
 24       }
 25       return $current;
 26    }
 27    // （在节点后）插入新节点
 28    public function insert($item, $new) {
 29        $newNode = new Node($new);
 30        $current = $this->find($item);
 31         $newNode->next = $current->next;
 32       $current->next = $newNode;
 33       return true;
 34    }
 35 
 36     // 更新节点
 37     public function update($old, $new) {
 38         $current = $this->header;
 39         if ($current->next == null) {
 40             echo "链表为空！";
 41             return;
 42         }
 43         while ($current->next != null) {
 44             if ($current->data == $old) {
 45                 break;
 46             }
 47             $current = $current->next;
 48         }
 49         return $current->data = $new;
 50     }
 51 
 52     // 查找待删除节点的前一个节点
 53     public function findPrevious($item) {
 54         $current = $this->header;
 55         while ($current->next != null && $current->next->data != $item) {
 56             $current = $current->next;
 57         }
 58         return $current;
 59     }
 60 
 61     // 从链表中删除一个节点
 62     public function delete($item) {
 63         $previous = $this->findPrevious($item);
 64         if ($previous->next != null) {
 65             $previous->next = $previous->next->next;
 66         }
 67     }
 68 
 69     // findPrevious和delete的整合
 70     public function remove($item) {
 71         $current = $this->header;
 72         while ($current->next != null && $current->next->data != $item) {
 73             $current = $current->next;
 74         }
 75         if ($current->next != null) {
 76             $current->next = $current->next->next;
 77         }
 78     }
 79 
 80     // 清空链表
 81     public function clear() {
 82        $this->header = null;
 83     }
 84 
 85     // 显示链表中的元素
 86     public function display() {
 87         $current = $this->header;
 88         if ($current->next == null) {
 89             echo "链表为空！";
 90             return;
 91         }
 92         while ($current->next != null) {
 93             echo $current->next->data . "&nbsp;&nbsp;&nbsp";
 94             $current = $current->next;
 95         }
 96     }
 97 }
 98 
 99 $linkedList = new SingleLinkedList('header');
100 $linkedList->insert('header', 'China');
101 $linkedList->insert('China', 'USA');
102 $linkedList->insert('USA','England');
103 $linkedList->insert('England','Australia');
104 echo '链表为：';
105 $linkedList->display();
106 echo "</br>";
107 echo '-----删除节点USA-----';
108 echo "</br>";
109 $linkedList->delete('USA');
110 echo '链表为：';
111 $linkedList->display();
112 echo "</br>";
113 echo '-----更新节点England为Japan-----';
114 echo "</br>";
115     $linkedList->update('England', 'Japan');
116 echo '链表为：';
117 $linkedList->display();
118 //echo "</br>";
119 //echo "-----清空链表-----";
120 //echo "</br>";
121 //$linkedList->clear();
122 //$linkedList->display();
123 
124 // 输出：
125 链表为：China   USA   England   Australia   
126 -----删除节点USA-----
127 链表为：China   England   Australia   
128 -----更新节点England为Japan-----
129 链表为：China   Japan   Australia   
130 
131 PHP实现单链表
    View Code

    二、双链表

    单链表从链表的头节点遍历到尾节点很简单，但从后向前遍历就没那么简单了。它的每个数据结点中都有两个指针，分别指向直接后继和直接前驱。
    所以，从双向链表中的任意一个结点开始，都可以很方便地访问它的前驱结点和后继结点。
    插入：插入一个节点时，需要指出该节点正确的前驱和后继。
    修改待插入节点的前驱节点的next属性，使其指向新加入的节点，而新插入的节点的next属性则指向原来前驱指向的节点，同时将原来前驱指向的节点的previous属性指向新节点，而新加入节点的previous属性指向它前驱节点（见下图）。
    由上图可知，B、C之间插入D，三者之间的关系为
    current为插入节点的前驱节点
current->next = new              // B的next属性指向新节点D
new->next = current->next        // 新节点D的next属性指向B的后继节点C
current->next->previous = new    // B的后继节点C的previous属性指向新节点D（原先是C的previous属性指向B）
    删除：双向链表的删除操作比单向链表的效率更高，因为不需要再查找前驱节点了。
    首先需要在链表中找出存储待删除数据的节点，然后设置该节点前驱的 next 属性，使其指向待删除节点的后继;设置该节点后继的 previous 属性，使其指向待删除节点的前驱。
    由上图可知，B、C之间删除D，三者之间的关系为
    current为要删除的节点
current->previous->next = current->next        // B的前驱节点A的next属性指向B的后继节点C
current->next->previous = current->previous    // B的后继节点C的previous属性指向B的前驱节点A
current->previous = null                       // B的previous属性指向null
current->next = null                           // B的next属性指向null
    具体代码如下：
     1 <?php
 2 // 节点类
 3 class Node {
 4     public $data;              // 节点数据
 5     public $previous = NULL;   // 前驱
 6     public $next = NULL;       // 后继
 7 
 8     public function __construct($data) {
 9         $this->data = $data;
10         $this->previous = NULL;
11         $this->next = NULL;
12     }
13 }
14 // 双链表类
15 class DoubleLinkedList {
16     private $header;    // 头节点
17 
18     function __construct($data) {
19         $this->header = new Node($data);
20     }
21     // 查找节点
22     public function find($item) {
23         $current = $this->header;
24         while ($current->data != $item) {
25             $current = $current->next;
26         }
27         return $current;
28     }
29     // 查找链表最后一个节点
30     public function findLast() {
31         $current = $this->header;
32         while ($current->next != null) {
33             $current = $current->next;
34         }
35         return $current;
36     }
37     //（在节点后）插入新节点
38     public function insert($item, $new) {
39         $newNode = new Node($new);
40         $current = $this->find($item);
41         $newNode->next = $current->next;
42         $newNode->previous = $current;
43         $current->next = $newNode;
44         return true;
45     }
46     // 从链表中删除一个节点
47     public function delete($item) {
48         $current = $this->find($item);
49         if ($current->next != null) {
50             $current->previous->next = $current->next;
51             $current->next->previous = $current->previous;
52             $current->next = null;
53             $current->previous = null;
54             return true;
55         }
56     }
57     // 显示链表中的元素
58     public function display() {
59         $current = $this->header;
60         if ($current->next == null) {
61             echo "链表为空！";
62             return;
63         }
64         while ($current->next != null) {
65             echo $current->next->data . "&nbsp;&nbsp;&nbsp";
66             $current = $current->next;
67         }
68     }
69     // 反序显示双向链表中的元素
70     public function dispReverse() {
71         $current = $this->findLast();
72         while ($current->previous != null) {
73             echo $current->data . "&nbsp;&nbsp;&nbsp";
74             $current = $current->previous;
75         }
76     }
77 }
78 
79 // 测试
80 $linkedList = new DoubleLinkedList('header');
81 $linkedList->insert('header', 'China');
82 $linkedList->insert('China', 'USA');
83 $linkedList->insert('USA','England');
84 $linkedList->insert('England','Australia');
85 echo '链表为：';
86 $linkedList->display();
87 echo "</br>";
88 echo '-----删除节点USA-----';
89 echo "</br>";
90 $linkedList->delete('USA');
91 echo '链表为：';
92 $linkedList->display();
93 
94 // 输出：
95 链表为：China   USA   England   Australia
96 -----删除节点USA-----
97 链表为：China   England   Australia  
98 
99 PHP实现双链表
    View Code

    三、循环链表

    循环链表和单向链表相似，节点类型都是一样的。唯一的区别是，在创建循环链表时，让其头节点的 next 属性指向它本身，即:head.next = head，这种行为会传导至链表中的每个节点，使得每个节点的 next 属性都指向链表的头节点。换句话说，链表的尾节点指向头节点，形成了一个循环链表。
    在循环链表中，涉及遍历的操作，其终止条件是判断它们是否等于头结点，而不是像单链表那样判别p或p->next是否为空。
    插入：如果不是在链表尾端插入，则与单链表相似，将待插入节点的前驱节点指向新加入的节点，而新加入的节点指向原来前驱指向的节点；如果是在尾端插入，则待插入节点的前驱节点指向新加入的节点，而新加入的节点指向头节点（见下图）。
    由上图可知，插入节点D，B、C、D三者之间的关系为
    current为插入节点的前驱节点
// 中间
current->next = new              // B节点指向新节点D
new->next = current->next        // 新节点D指向B的后继节点C
// 尾端
current->next = new              // C节点指向新节点D
new->next = header               // 新节点D指向头节点Header
    删除：如果删除的是中间元素，则与单链表操作相同，将待删除节点的前驱节点指向待删除节点的后继节点；如果删除的是尾端元素，则将待删除节点的前驱节点指向头节点。
    由上图可知，删除节点时，B、C、D三者之间的关系为
    current为要删除节点的前驱节点
// 中间
current->next = current->next->next    // A节点指向C节点
// 尾端
current->next = header                 // B节点指向头节点Header
    具体代码如下：
     1 <?php
 2 // 节点类
 3 class Node {
 4     public $data;   // 节点数据
 5     public $previous;
 6     public $next;   // 下一节点
 7 
 8     public function __construct($data) {
 9         $this->data = $data;
10         $this->next = NULL;
11     }
12 }
13 // 循环链表类
14 class CircularLinkedList {
15     private $header;    // 头节点
16 
17     function __construct($data) {
18         $this->header = new Node($data);
19         $this->header->next = $this->header;
20     }
21     // 查找节点
22     public function find($item) {
23         $current = $this->header;
24         while ($current->data != $item) {
25             $current = $current->next;
26         }
27         return $current;
28     }
29     // 插入新节点
30     public function insert($item, $new) {
31         $newNode = new Node($new);
32         $current = $this->find($item);
33         if ($current->next != $this->header) { // 链表中间
34             $current->next = $newNode;
35             $newNode->next = $current->next;
36         } else { // 链表尾端
37             $current->next = $newNode;
38             $newNode->next = $this->header;
39         }
40         return true;
41     }
42     // 删除节点
43     public function delete($item) {
44         $current = $this->header;
45         while ($current->next != null && $current->next->data != $item) {
46             $current = $current->next;
47         }
48         if ($current->next != $this->header) { // 链表中间
49             $current->next = $current->next->next;
50         } else { // 链表尾端
51             $current->next = $this->header;
52         }
53     }
54     // 显示链表中的元素
55     public function display() {
56         $current = $this->header;
57         while ($current->next != $this->header) {
58             echo $current->next->data . "&nbsp;&nbsp;&nbsp";
59             $current = $current->next;
60         }
61     }
62 }
63 
64 // 测试
65 $linkedList = new CircularLinkedList('header');
66 $linkedList->insert('header', 'China');
67 $linkedList->insert('China', 'USA');
68 $linkedList->insert('USA', 'England');
69 $linkedList->insert('England', 'Australia');
70 echo '链表为：';
71 $linkedList->display();
72 echo "</br>";
73 echo '-----删除节点USA-----';
74 echo "</br>";
75 $linkedList->delete('USA');
76 echo '链表为：';
77 $linkedList->display();
78 // 输出：
79 链表为：China   USA   England   Australia
80 -----删除节点USA-----
81 链表为：China   England   Australia 
82 
83 PHP实现循环链表
    View Code
    注：循环链表还可以分为单循环链表和双循环链表，这里只实现了单循环链表。
     
     
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