Java数据结构与算法之双向链表、环形链表及约瑟夫问题的示例分析

这篇文章给大家分享的是有关Java数据结构与算法之双向链表、环形链表及约瑟夫问题的示例分析的内容。小编觉得挺实用的，因此分享给大家做个参考，一起跟随小编过来看看吧。

一、双向链表

使用带head头的双向链表实现 - 水浒英雄排行榜管理单向链表的缺点分析：

1. 单向链表，查找的方向只能是一个方向，而双向链表可以向前或者向后查找。

2. 单向链表不能自我删除，需要靠辅助节点，而双向链表，则可以自我删除，所以前面我们单链表删除节点时，总是找到temp,temp时待删除节点的前一个节点(认真体会)。

分析双向链表的遍历，添加，修改，删除的操作思路

1.遍历和单链表一样只是可以向前，也可以向后查找

2.添加(默认添加到双向链表的最后)

• 先找到双向链表的最后这个节点

• temp.next = newHeroNode

• newHeroNode.pre = temp

3.修改思路和原理与单向链表一样

4.删除

• 因为时双向链表，因此，我们可以实现自我删除某个节点

• 直接找到要删除的这个节点，比如temp

• temp.pre.next = temp.next

• temp.next.pre = temp.pre

public class DoubleLinkedListDemo {        public static void main(String[] args) {                // 测试                System.out.println("双向链表的测试");                // 先创建节点                HeroNode2 hero1 = new HeroNode2(1, "宋江", "及时雨");                HeroNode2 hero2 = new HeroNode2(2, "卢俊义", "玉麒麟");                HeroNode2 hero3 = new HeroNode2(3, "吴用", "智多星");                HeroNode2 hero4 = new HeroNode2(4, "林冲", "豹子头");                // 创建一个双向链表                DoubleLinkedList doubleLinkedList = new DoubleLinkedList();                // 加入                doubleLinkedList.add(hero1);                doubleLinkedList.add(hero2);                doubleLinkedList.add(hero3);                doubleLinkedList.add(hero4);                doubleLinkedList.list();                // 修改                HeroNode2 newHeroNode = new HeroNode2(4, "公孙胜", "入云龙");                doubleLinkedList.update(newHeroNode);                System.out.println("修改后的链表情况");                doubleLinkedList.list();                // 删除                doubleLinkedList.del(3);                System.out.println("删除后的链表情况~~");                doubleLinkedList.list();        }}//创建一个双向链表的类class DoubleLinkedList {        // 先初始化一个头节点，头节点不要动，不存放具体的数据        private HeroNode2 head = new HeroNode2(0, "", "");        // 返回头节点        public HeroNode2 getHead() {                return head;        }        // 显示链表[遍历]        public void list() {                // 判断链表是否为空                if (head.next == null) {                        System.out.println("链表为空");                        return;                }                // 因为头节点，不能动，因此我们需要一个辅助变量来遍历                HeroNode2 temp = head.next;                while (true) {                        // 判断是否到链表最后                        if (temp == null) {                                break;                        }                        // 输出节点的信息                        System.out.println(temp);                        // 将temp后移，一定小心                        temp = temp.next;                }        }        // 添加一个节点到双向链表的最后        public void add(HeroNode2 heroNode) {                // 因为head节点不能动，因此我们需要一个辅助变量temp                HeroNode2 temp = head;                // 遍历链表，找到最后                while (true) {                        // 找到链表的最后                        if (temp.next == null) {                                break;                        }                        // 如果没有找到最后，将temp后移                        temp = temp.next;                }                // 当退出while循环时，temp就指向了链表的最后                // 形成一个双向链表                temp.next = heroNode;                heroNode.pre = temp;        }        // 修改一个节点的内容，双向链表的节点内容修改和单向链表一样        // 只是节点类型改成HeroNode2        public void update(HeroNode2 newHeroNode) {                // 判断是否空                if (head.next == null) {                        System.out.println("链表为空~~");                        return;                }                // 找到需要修改的节点，根据no编号                // 定义一个辅助变量                HeroNode2 temp = head.next;                boolean flag = false;// 表示是否找到该节点                while (true) {                        if (temp == null) {                                break;// 已经遍历完链表                        }                        if (temp.no == newHeroNode.no) {                                // 找到                                flag = true;                                break;                        }                        temp = temp.next;                }                // 根据flag判断是否找到要修改的节点                if (flag) {                        temp.name = newHeroNode.name;                        temp.nickname = newHeroNode.nickname;                } else {// 没有找到                        System.out.printf("没有找到编号 %d 的节点，不能修改\n", newHeroNode.no);                }        }        // 从双向链表中删除一个节点        // 说明        // 1. 对于双向链表，我们可以直接找到要删除的这个节点        // 2. 找到后，自我删除即可        public void del(int no) {                // 判断当前链表是否为空                if (head.next == null) {// 空链表                        System.out.println("链表为空，无法删除");                        return;                }                HeroNode2 temp = head.next;// 辅助变量(指针),指向第一个节点(与单向链表不同)                boolean flag = false;// 标志是否找到待删除节点                while (true) {                        if (temp.next == null) {// 已经到链表的最后节点的next                                break;                        }                        if (temp.next.no == no) {                                // 找到的待删除节点的前一个节点temp                                flag = true;                                break;                        }                        temp = temp.next;// temp后移，遍历                }                // 判断flag                if (flag) {// 找到                        // 可以删除                        temp.pre.next = temp.next;                        // 如果是最后一个节点，就不需要执行下面的这句话，否则出现空指针                        if (temp.next != null) {                                temp.next.pre = temp.pre;                        }                } else {                        System.out.printf("要删除的 %d 节点不存在\n", no);                }        }}//定义HeroNode2,每个HeroNode对象就是一个节点class HeroNode2 {        public int no;        public String name;        public String nickname;        public HeroNode2 next;// 指向下一个节点,默认为null        public HeroNode2 pre;// 指向前一个节点,默认为null        // 构造器        public HeroNode2(int no, String name, String nickname) {                this.no = no;                this.name = name;                this.nickname = nickname;        }        // 为了显示方便，我们重写toString        @Override        public String toString() {                return "HeroNode2 [no=" + no + ", name=" + name + ", nickname=" + nickname + "]";        }}

二、环形链表及其应用：约瑟夫问题

环形链表图示

构建一个单向的环形链表思路

1.先创建第一个节点，让 first 指向该节点，并形成环形

2.后面当我们每创建一个新的节点，就把该节点加入到已有的环形链表中即可。

遍历环形链表

1.先让一个辅助指针(变量)curBoy,指向 first 节点

2.然后通过一个 while 循环遍历该环形链表即可 cur.Boy.next == first 结束

约瑟夫问题

1.创建一个辅助指针(变量)helper,事先应该指向环形链表的最后这个节点。

2.小孩报数前，先让 first 和 helper 移动 k -1次（移动到报数的小孩）

3.当小孩报数时，让 first 和 helper 指针同时的移动 m - 1次

4.这时就可以将 first 指向的小孩节点出圈

first = first.next

helper.next = first

原来 first 指向的节点就没有任何引用，就会被回收

public class Josepfu {        public static void main(String[] args) {                // 测试看看构建环形链表，和遍历是否ok                CircleSingleLinkedList circleSingleLinkedList = new CircleSingleLinkedList();                circleSingleLinkedList.addBoy(5);// 加入5个小孩节点                circleSingleLinkedList.showBoy();                // 测试小孩出圈是否正确                circleSingleLinkedList.countBoy(1, 2, 5);// 2->4->1->5->3        }}//创建一个环形的单向链表class CircleSingleLinkedList {        // 创建一个first节点，当前没有编号        private Boy first = null;         // 添加小孩节点，构建一个环形的链表        public void addBoy(int nums) {                // nums 做一个数据校验                if (nums < 1) {                        System.out.println("nums的值不正确");                        return;                }                Boy curBoy = null;// 辅助指针，帮助构建环形链表                // 使用for来创建环形链表                for (int i = 1; i <= nums; i++) {                        // 根据编号，创建小孩节点                        Boy boy = new Boy(i);                        // 如果是第一个小孩                        if (i == 1) {                                first = boy;                                first.setNext(first);// 构成环(暂时是一个节点的环)                                curBoy = first;// 让curBoy指向第一个小孩                        } else {// 这块的操作看不懂，可以回去看一下当时老师视频里的流程图，特别好理解！！！！！！！！！！                                curBoy.setNext(boy);                                boy.setNext(first);                                curBoy = boy;                        }                }        }        // 遍历当前的环形链表        public void showBoy() {                // 判断链表是否为空                if (first == null) {                        System.out.println("没有任何小孩~~");                        return;                }                // 因为first不能动，因此我们仍然使用一个辅助指针完成遍历                Boy curBoy = first;                while (true) {                        System.out.printf("小孩的编号 %d \n", curBoy.getNo());                        if (curBoy.getNext() == first) {// 说明已经遍历完毕                                break;                        }                        curBoy = curBoy.getNext();// curBoy后移                }        }        // 根据用户的输入，计算出小孩出圈的顺序        /**         * @param startNo  表示从第几个小孩开始数数         * @param countNum 表示数几下         * @param nums     表示最初有多少小孩在圈中         */        public void countBoy(int startNo, int countNum, int nums) {                // 先对数据进行校验                if (first == null || startNo < 1 || startNo > nums) {                        System.out.println("参数输入有误，请重新输入");                        return;                }                // 创建一个辅助指针，帮助完成小孩出圈                Boy helper = first;                // 需要创建一个辅助指针(变量)helper,事先应该指向环形链表的最后这个节点                while (true) {                        if (helper.getNext() == first) {// 说明helper指向最后小孩节点                                break;                        }                        helper = helper.getNext();                }                // 小孩报数前，先让first 和 helper 移动 k - 1次                for (int j = 0; j < startNo - 1; j++) {                        first = first.getNext();                        helper = helper.getNext();                }                // 当小孩报数时，让 first 和 helper 指针同时的移动 m -1次，然后出圈                // 这里是一个循环操作，直到圈中只有一个节点                while (true) {                        if (helper == first) {// 说明圈中只有一个节点                                break;                        }                        // 让first 和 helper 指针同时的移动 countNum - 1                        for (int j = 0; j < countNum - 1; j++) {                                first = first.getNext();                                helper = helper.getNext();                        }                        // 这时first指向的节点，就是要出圈的小孩节点                        System.out.printf("小孩%d出圈\n", first.getNo());                        // 这时将first指向的小孩节点出圈                        first = first.getNext();                        helper.setNext(first);                }                System.out.printf("最后留在圈中的小孩编号%d \n", first.getNo());        }}//创建一个Boy类，表示一个节点class Boy {        private int no;// 编号        private Boy next;// 指向下一个节点，默认null         public Boy(int no) {                this.no = no;        }        public int getNo() {                return no;        }        public void setNo(int no) {                this.no = no;        }        public Boy getNext() {                return next;        }        public void setNext(Boy next) {                this.next = next;        }}

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