## 单链表是一种基本且常用的数据结构， 它通过指针将一系列节点（元素）串联起来。 每个节点包含两个主要部分：数据域和指针域。 ##
1. 结构定义
在C语言中，单链表的节点通常可以这样定义：
typedef struct LNode {
int data; // 数据域，存储具体的数据内容
struct LNode *next; // 指针域，指向下一个节点的地址
} LNode, *LinkList;
这里的
在JAVA语言中，单链表的节点通常可以这样定义：
public static class list_node{
public int val;
public list_node next;//类似于指针指向下一个元素节点的地址
public list_node(int val){
this.val=val;//外部需要传递的元素值
}
}
public list_node head;//指定头部
这里的的head
2. 链表特性
- 动态性：链表的长度可以在程序运行过程中任意改变，可以根据需要添加或删除节点。
- 非连续存储：链表中的各个节点在内存中不必是连续存放的，相邻节点之间通过指针相连。
- 顺序访问：只能从一个节点通过其
next 指针找到下一个节点，不能随机访问。
3. 常见操作
- 创建链表：初始化头结点，然后逐步添加新节点
- `public void create_list(){
list_node node1=new list_node(11);
list_node node2=new list_node(13);
list_node node3=new list_node(11);
list_node node4=new list_node(12);
list_node node5=new list_node(20);
node1.next=node2;
node2.next=node3;
node3.next=node4;
node4.next=node5;
this.head=node1;//指定头部在第一个位置
}`
- 插入节点：
- 头插法：在链表头部插入新的节点。
- 中间插入：在指定位置后插入新节点。
- 尾插法：在链表尾部插入新的节点。
- 删除节点：根据给定值或节点位置删除相应节点。
- 遍历链表：通过指针逐个访问每个节点。
- 查找节点：按照给定条件搜索链表中的节点是否存在。
- 反转链表：修改节点间的连接方向以实现链表反转。
- 接口实现：
public interface Ilist_single {
//定义接口
public void addFirst(int data);
public void addLast(int data);
public void addIndex(int index, int data);
public boolean contains(int key);
public void remove(int key);
public void removeAllKey(int key);
public int size();
public void clear();
public void display();
}
`
4. 核心代码实现
package override_single_linked_list;
import link_list.my_link_list;
import link_list.yi_chang;
public class single_linked_list implements Ilist_single {
public static class list_node{
public int val;
public list_node next;//类似于指针指向下一个元素节点
public list_node(int val){
this.val=val;//外部需要传递的元素值
}
}
public list_node head;//指定头部
public void create_list(){
list_node node1=new list_node(11);
list_node node2=new list_node(13);
list_node node3=new list_node(11);
list_node node4=new list_node(12);
list_node node5=new list_node(20);
//指向关系 一个节点指向下一个节点
node1.next=node2;
node2.next=node3;
node3.next=node4;
node4.next=node5;
this.head=node1;//指定头部在第一个位置
}
@Override
public void addFirst(int data) {
//头插法
list_node new_elments=new list_node(data);//定义一个将要插入的新元素
if(head==null){
new_elments.next=head;
}
else{
new_elments.next=head;
this.head=new_elments;
}
}
@Override
public void addLast(int data) {
//尾插法
list_node new_elments=new list_node(data);
list_node cur=this.head;
if(cur==null){
cur=new_elments;//new_elments:是节点的地址
}
else{
while(cur.next!=null){
cur=cur.next;//一直往下遍历
}
cur.next=new_elments;
}
}
@Override
public void addIndex(int index, int data) {
//根据索引位置插入
//首先要检查index是否越界的问题
if(index<0||index>size()){
throw new yi_chang_("这是越界的异常");
}
if(index==0){
addFirst(data);
}
if(index==size()){
addLast(data);
}
//这些情况都不是的话进行按索引位置插入
//需要找到前一个位置
//不能去找后一个位置
// 因为一旦后一个位置确定那么前一个位置无法定位
// 因为单链表顺序而下 不能回退
list_node prev=search_node(index);
list_node new_lements=new list_node(data);
new_lements.next=prev.next;
prev.next=new_lements;
}
private list_node search_node(int index) {
//找到index的前一个位置
list_node cur = this.head;
int count = 0;
while (count != index - 1) {
cur = cur.next;
count++;
}
return cur;
//两种方式
// list_node cur=this.head;
// while(index-1!=0){
// cur=cur.next;
// index--;
// }
// return cur;
// }
}
@Override
public boolean contains(int key) {
//查找是否包含关键字key key是否在链表中
list_node cur=this.head;
while(cur!=null){
if(cur.val==key){
return true;
}
cur=cur.next;
}
return false;
}
@Override
public void remove(int key) {
//删除第一次出现key的节点
if(this.head==null){
return;
}
if(head.val==key){
head=head.next;
return ;
}
//需要找到前一个的index
list_node index_prev=search_node_index(key);
if(index_prev==null){
return;
}
//定义一个要删除的元素
list_node del = new list_node(key);
index_prev.next=del.next;
}
private list_node search_node_index(int key) {
list_node cur=this.head;
while(cur.next!=null){
if(cur.val==key){
return cur;
}
cur=cur.next;
}
return null;
}
@Override
public void removeAllKey(int key) {
//移除所有的包含key的节点
if(this.head==null){
return;
}
list_node prev=this.head;
list_node cur=this.head;
while(cur!=null){
if(cur.val==key){
prev.next=cur.next;
cur=cur.next;
}else{
prev=cur;
cur=cur.next;
}
}
if(head.val==key){
head=head.next;
}
}
@Override
public int size() {
int count=0;
list_node cur=this.head;
while(cur!=null){
cur=cur.next;
count++;
}
return count;
}
@Override
public void clear() {
//清盘
list_node cur=this.head;
while(cur!=null){
cur.next=null;
cur=cur.next;
}
this.head=null;
}
@Override
public void display() {
list_node cur=this.head;
while(cur!=null){
System.out.println(cur.val);
cur=cur.next;
}
}
}
以上就是单链表的基本概念及其一些典型操作的简要说明。
**总的来说：
单链表的难点在于在特定位置进行插入：（ public void addIndex(int index, int data) ；）
以及
移除全部包含特定值的节点：（ public void removeAllKey(int key) ；），**
5.原理剖析
在单链表中，插入一个节点到特定位置的本质是通过遍历链表找到该位置，并修改相应节点的指针来实现新节点与原链表的有效连接。以下是一个图例解析：
假设我们有一个单链表如下所示，其中每个节点包含数据部分和指向下一个节点的指针（
1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 ^ | head
现在我们要在第1个位置（从0开始计数，即在数值为1的节点之前）插入一个新的节点值为node。
本质上就是交换地址:
- 新的元素node的next==null的改为23的地址0x81（node.next=23.next）
2.将元素23所在的地址0x81改为node的地址0x65
(23.next=node)
相当于执行以下代码操作：
newNode.next = current.next; current.next = newNode;
这样，在单链表中的指定位置成功地插入了一个新节点X。
6.单链表的复杂度以及优缺点
单链表的数据结构具有以下的时间复杂度和空间复杂度，以及优缺点：
时间复杂度：
- 查找：在单链表中查找特定元素（线性查找）的时间复杂度是O(n)，因为必须从头节点开始逐个遍历直到找到目标或者遍历完所有节点。
- 插入：在已知位置插入一个节点（比如在某个节点之后插入）的时间复杂度是O(1)（找到该位置的时间复杂度为O(n)，但修改指针指向的操作是常数时间）；而在有序链表中插入并保持有序，需要O(n)的时间复杂度（可能需要移动到正确的位置）。
- 删除：在已知位置删除一个节点的时间复杂度也是O(1)（找到节点后直接修改前后节点的指针），如果只知道待删除元素的值，则查找加删除操作总的时间复杂度是O(n)。
空间复杂度：
- 单链表的空间复杂度是O(n)，其中n表示链表中的节点数量。每个节点都包含数据和指向下一个节点的指针。
优点：
- 动态性：可以方便地进行动态内存分配，不需要预先知道数据的大小，适合于频繁进行插入和删除操作的情况。
- 插入和删除效率高：对于非首尾节点，在不考虑查找的情况下，插入和删除操作仅需修改相邻节点的指针即可完成，时间复杂度较低。
- 空间利用率：由于链表节点可以存储在内存中任何地方，不需要连续空间，因此当内存碎片较大时，链表能更有效地利用内存资源。
缺点：
- 查找效率低：链表不适合需要快速随机访问的场景，无法像数组或顺序表那样通过下标直接访问。
- 需要额外存储空间：除了数据本身外，还需要额外存储指针信息，导致整体空间开销大于相同数据量的静态数组。
- 无序链表插入与删除虽快，但维持有序状态时，插入与删除的成本会显著增加。
- 不支持高效的随机访问和范围查询，对缓存不友好，连续内存访问性能差。
应用场景：
单链表常用于实现各种高级数据结构（如循环链表、双向链表、LRU缓存等）以及解决实际问题，如文件系统目录结构、数据库索引结构等。