小码哥《恋上数据结构与算法》笔记(三):双向链表

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参考:小码哥数据结构与算法(三): 双向链表

数据结构和算法动态可视化

一、双向链表

  • 单向链表只能通过Node中next属性从头遍历链表,完成搜索。
  • 双向链表中的Node增加prev属性,指向该节点上一个节点。
  • 双向链表查找元素可以从firstlast两个方向开始查找。

二、双向链表接口设计

  • 相较于单项链表,双向链表需要重写查找节点插入节点删除节点清空节点四个方法。

三、双向链表的实现

1、构造方法

  • 在双向链表属性中增加last属性记录尾节点。在Node属性中增加prev属性记录上一个节点。
public class LinkedList<E> extends AbstractList<E> {    
    private Node<E> first;
    //增加last节点
    private Node<E> last; 
	
    private static class Node<E> {
        E element;
        //增加上一个节点
        Node<E> prev; 
        Node<E> next;
        public Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
            this.prev = prev;
            this.element = element;
            this.next = next;
        }
    }
}

2、查找节点

  • 通过判断查找的节点在链表的前半段或后半段,选择first节点从前往后遍历或last节点从后往前遍历。
private Node<E> node(int index) {
    rangeCheck(index);
		
    // 判断节点是在链表前一半还是后一半
    if (index < (size >> 1)) {
        Node<E> node = first;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            node = node.next;
        }
        return node;
    } else {
        Node<E> node = last;
        for (int i = size - 1; i > index; i--) {
            node = node.prev;
        }
        return node;
    }
}

3、清空节点

  • 需将新增属性last置为null
public void clear() {
    size = 0;
    first = null;
    last = null;
}

4、插入节点

  • 插入位置原节点为old_node(下图2号节点),上一个节点为pre_node(下图1号节点),新节点为new_node
  • pre_nodenext现在为new_node
  • old_nodeprev现在为new_node
  • new_nodeprev即为old_nodeprev
  • new_nodenextold_node
  • 特殊情况,插入在最前面:
    • 如果old_nodeprevnull,那么old_node即为原头节点。那么双向链表的first属性需改为new_node
  • 插入在最后面:
    • new_nodeprev为双向链表的lastnextnull,同时last属性需改为new_node
    • 如果原链表为空,则双向链表的firstlast都为new_node
public void add(int index, E element) {
    rangeCheckForAdd(index);

    // 往最后面添加元素
    if (index == size) { 
        Node<E> oldLast = last;
        last = new Node<>(oldLast, element, null);
        // 这是链表添加的第一个元素
        if (oldLast == null) { 
            first = last;
        } else {
            oldLast.next = last;
        }
    } else {
        //插入位置的原节点,即为新节点的next节点。
        Node<E> next = node(index); 
        //新添加节点的上一个节点,即为该位置原节点的上一个节点。
        Node<E> prev = next.prev; 
        //创建新添加节点。
        Node<E> node = new Node<>(prev, element, next);
        //原节点的上一个节点,为新添加节点。
        next.prev = node;
        // index == 0
        if (prev == null) { 
            first = node;
        } else {
            //原节点上一个节点的next,即为新添加节点。
            prev.next = node;
        }
    }
    size++;
}

5、删除节点

  • 删除节点, 只需要让被删除节点的前一个节点与后一个节点之间链接, 同时去掉被删除节点引用即可。
  • 需要注意的是, 第0个节点和最后一个节点要特殊处理。
public E remove(int index) {
    // 需要删除的节点
    Node<E> node = node(index);
    // 删除节点的前一个节点
    Node<E> prev = node.prev;
    // 删除节点的后一个节点
    Node<E> next = node.next;	
    // 删除节点, 只需要去掉对这个节点的引用即可
    // 如果prev == null, 说明删除的是第一个节点
    if (prev == null) {
    	first = next;
    }else {
    	prev.next = next;
    }
    // 如果next == null, 说明删除的是最后一个节点
    if (next == null) {
    	last = prev;
    }else {
    	next.prev = prev;
    }
    size--;
    return node.element;
}

6、清空节点

  • 清空节点, 需要将first和last的引用全部断开。
public void clear() {
    size = 0;
    first = null;
    last = null;
}

到此为止,我们即完成了从单向链表到双向链表的改造。

四、双向链表vs动态数组