数据结构&算法链表

链表

链表是一系列数据结构，它们通过链接连接在一起。链接列表是包含项目的一系列链接。每个链接都包含到另一个链接的连接。链表是仅次于数组的第二大数据结构。以下是了解链接列表概念的重要术语。

Link —— 链表中的每个链接（Link）都可以存储一个称为元素的数据。
Next —— 链表中的每个链接都包含一个指向下一个链接的链接，该链接称为Next。
LinkedList —— 一个链表包含到第一个称为first的链接的连接链接。

链表表示

链接列表可以可视化为节点链，其中每个节点都指向下一个节点(Node)。

根据上面的说明，以下是要考虑的重点。

链表包含一个名为first的链接元素。
每个链接包含一个或多个数据字段和一个称为next的链接字段。
每个链接都使用其下一个链接与其下一个链接链接。
最后一个链接的链接为空，以标记列表的结尾。

链接列表的类型

以下是各种类型的链表。

单向链表 - 项目导航仅向前。
双向链表 - 项目可以向前和向后导航。
循环链表 - 最后一项包含第一个元素的链接作为下一个，而第一个元素具有到最后一个元素的链接作为上一个。

基本操作

以下是列表支持的基本操作。

插入 - 在列表的开头添加一个元素。
删除 - 删除列表开头的元素。
显示 - 显示完整列表。
搜索 - 使用给定的键搜索元素。
删除 - 使用给定的键删除元素。

插入操作

在链接列表中添加新节点是一项以上的活动。我们将在这里通过图表来学习。首先，使用相同的结构创建一个节点，并找到必须将其插入的位置。

想象一下，我们要在A（LeftNode）和C（RightNode）之间插入节点B（NewNode）。然后将B.next指向C-


NewNode.next −> RightNode;

它看起来应该像这样-

现在，左侧的下一个节点应指向新节点。


LeftNode.next −> NewNode;

这会将新节点置于两者的中间。新列表应如下所示-

如果将节点插入列表的开头，则应采取类似的步骤。在末尾插入时，列表的倒数第二个节点应指向新节点，而新节点将指向NULL。

删除操作

删除也是一个多步骤的过程。我们将以图片表示形式学习。首先，通过使用搜索算法找到要删除的目标节点。

现在，目标节点的左（上一个）节点应指向目标节点的下一个节点-


LeftNode.next −> TargetNode.next;

这将删除指向目标节点的链接。现在，使用以下代码，我们将删除目标节点指向的对象。


TargetNode.next −> NULL;

我们需要使用已删除的节点。我们可以将其保留在内存中，否则我们可以简单地重新分配内存并完全擦除目标节点。

反转操作

此操作是彻底的。我们需要使最后一个节点由头节点指向，并反转整个链表。

首先，我们遍历列表的末尾。它应该指向NULL。现在，我们将其指向其先前的节点-

我们必须确保最后一个节点不是最后一个节点。因此，我们将有一些临时节点，看起来像头节点指向最后一个节点。现在，我们将使所有左侧节点一个接一个地指向其先前的节点。

除头节点指向的节点（第一个节点）外，所有节点都应指向其前任节点，使其成为新的后继节点。第一个节点将指向NULL。

我们将使用临时节点使头节点指向新的第一个节点。

现在，链接列表已反转。

链表的C语言实现

 
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>

struct node {
   int data;
   int key;
   struct node *next;
};

struct node *head = NULL;
struct node *current = NULL;

//display the list
void printList() {
   struct node *ptr = head;
   printf("\n[ ");
  
   //start from the beginning
   while(ptr != NULL) {
      printf("(%d,%d) ",ptr->key,ptr->data);
      ptr = ptr->next;
   }
  
   printf(" ]");
}

//insert link at the first location
void insertFirst(int key, int data) {
   //create a link
   struct node *link = (struct node*) malloc(sizeof(struct node));
  
   link->key = key;
   link->data = data;
  
   //point it to old first node
   link->next = head;
  
   //point first to new first node
   head = link;
}

//delete first item
struct node* deleteFirst() {

   //save reference to first link
   struct node *tempLink = head;
  
   //mark next to first link as first 
   head = head->next;
  
   //return the deleted link
   return tempLink;
}

//is list empty
bool isEmpty() {
   return head == NULL;
}

int length() {
   int length = 0;
   struct node *current;
  
   for(current = head; current != NULL; current = current->next) {
      length++;
   }
  
   return length;
}

//find a link with given key
struct node* find(int key) {

   //start from the first link
   struct node* current = head;

   //if list is empty
   if(head == NULL) {
      return NULL;
   }

   //navigate through list
   while(current->key != key) {
  
      //if it is last node
      if(current->next == NULL) {
         return NULL;
      } else {
         //go to next link
         current = current->next;
      }
   }      
  
   //if data found, return the current Link
   return current;
}

//delete a link with given key
struct node* delete(int key) {

   //start from the first link
   struct node* current = head;
   struct node* previous = NULL;
  
   //if list is empty
   if(head == NULL) {
      return NULL;
   }

   //navigate through list
   while(current->key != key) {

      //if it is last node
      if(current->next == NULL) {
         return NULL;
      } else {
         //store reference to current link
         previous = current;
         //move to next link
         current = current->next;
      }
   }

   //found a match, update the link
   if(current == head) {
      //change first to point to next link
      head = head->next;
   } else {
      //bypass the current link
      previous->next = current->next;
   }    
  
   return current;
}

void sort() {

   int i, j, k, tempKey, tempData;
   struct node *current;
   struct node *next;
  
   int size = length();
   k = size ;
  
   for ( i = 0 ; i < size - 1 ; i++, k-- ) {
      current = head;
      next = head->next;
    
      for ( j = 1 ; j < k ; j++ ) {   

         if ( current->data > next->data ) {
            tempData = current->data;
            current->data = next->data;
            next->data = tempData;

            tempKey = current->key;
            current->key = next->key;
            next->key = tempKey;
         }
      
         current = current->next;
         next = next->next;
      }
   }   
}

void reverse(struct node** head_ref) {
   struct node* prev   = NULL;
   struct node* current = *head_ref;
   struct node* next;
  
   while (current != NULL) {
      next  = current->next;
      current->next = prev;   
      prev = current;
      current = next;
   }
  
   *head_ref = prev;
}

void main() {
   insertFirst(1,10);
   insertFirst(2,20);
   insertFirst(3,30);
   insertFirst(4,1);
   insertFirst(5,40);
   insertFirst(6,56); 

   printf("Original List: "); 
  
   //print list
   printList();

   while(!isEmpty()) {            
      struct node *temp = deleteFirst();
      printf("\nDeleted value:");
      printf("(%d,%d) ",temp->key,temp->data);
   }  
  
   printf("\nList after deleting all items: ");
   printList();
   insertFirst(1,10);
   insertFirst(2,20);
   insertFirst(3,30);
   insertFirst(4,1);
   insertFirst(5,40);
   insertFirst(6,56);
   
   printf("\nRestored List: ");
   printList();
   printf("\n");  

   struct node *foundLink = find(4);
  
   if(foundLink != NULL) {
      printf("Element found: ");
      printf("(%d,%d) ",foundLink->key,foundLink->data);
      printf("\n");  
   } else {
      printf("Element not found.");
   }

   delete(4);
   printf("List after deleting an item: ");
   printList();
   printf("\n");
   foundLink = find(4);
  
   if(foundLink != NULL) {
      printf("Element found: ");
      printf("(%d,%d) ",foundLink->key,foundLink->data);
      printf("\n");
   } else {
      printf("Element not found.");
   }
  
   printf("\n");
   sort();
  
   printf("List after sorting the data: ");
   printList();
  
   reverse(&head);
   printf("\nList after reversing the data: ");
   printList();
}

尝试一下

如果我们编译并运行上述程序，它将产生以下结果-

 
Original List: 
[ (6,56) (5,40) (4,1) (3,30) (2,20) (1,10) ]
Deleted value:(6,56) 
Deleted value:(5,40) 
Deleted value:(4,1) 
Deleted value:(3,30) 
Deleted value:(2,20) 
Deleted value:(1,10) 
List after deleting all items: 
[ ]
Restored List: 
[ (6,56) (5,40) (4,1) (3,30) (2,20) (1,10) ]
Element found: (4,1) 
List after deleting an item: 
[ (6,56) (5,40) (3,30) (2,20) (1,10) ]
Element not found.
List after sorting the data: 
[ (1,10) (2,20) (3,30) (5,40) (6,56) ]
List after reversing the data: 
[ (6,56) (5,40) (3,30) (2,20) (1,10) ]