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数据结构与算法第三讲:[双向链表]

数据结构与算法第三讲:[双向链表]

作者: 85ca4232089b | 来源:发表于2020-04-06 17:01 被阅读0次
数据结构与算法.jpg

双向链表

单向链表相对数组来说已经有很多优点了，但是，它还有一个最大的弊端，那就是在某种程度上和深度优先遍历有通性.一条路走到黑，从不回头！这种特性在进行数据操作时，会大大浪费时间，鉴于此，出现了双向链表的概念。
顾名思义，双向链表就是具备两个方向的指向，无非就是每个结点成了两个指针。
每次在插入或删除某个节点时, 需要处理四个节点的引用, 而不是两个. 也就是实现起来要困难一些 . 一个节点既有向前连接的引用, 也有一个向后连接的引用.


双向链表的节点结构图.png

创建结点

//定义结点
typedef struct Node{
    ElemType data;
    struct Node *prior;
    struct Node *next;
}Node;
typedef struct Node * LinkList;
非空双向链表结构.png

• 创建双向链表

  1. 初始化头结点信息*L的前驱以及后继
  2. 创建新的临时节点

  3. 为新增的节点建立依赖关系


    图片.png 
/* 双向链表的创建  */
Status  creatDoubleLinkList(linkList * L){
    
    *L = (linkList)malloc(sizeof(Node));
    if (*L == NULL) return ERROR ;
    
    (*L)->data  = -1 ;
    (*L)->prior = NULL;
    (*L)->next  = NULL;
    
    /* 新增数据 */
    
    linkList p = *L ;
    for (int i = 0; i<10; i++) {
        
        /* 创建临时结点 */
        linkList temp = (linkList)malloc(sizeof(Node));
        if (temp == NULL) return ERROR;
        temp->data = i ;
        temp->prior = NULL ;
        temp->next = NULL;
        
        
        /* 建立依赖关系 */
        p->next = temp;
        temp->prior = p ;
        p = p->next;
        
    }
    return OK;
}

• 插入

  1. 边界条件的判断
  2. 新建结点temp，对它进行赋值prior\next = NULL data = data
  3. 方便书写。新建一个LinkList p = *L;
  4. 找到需要插入数据的前一个位置
  5. 判断插入的位置是否是链表的尾部
  6. 尾部和非尾部的两种处理

  7. 非尾部插入
      7.1 把需要插入节点的节点的prior指向新创建的节点 p->next->prior = temp;
      7.2 将temp的next指向 要插入的位置的节点，temp->next = p->next;
      7.3 将原来的p->next指向新创建的节点temp p->next = temp;
      7.4 新创建的节点temp的前驱更新为片
    （1、2的先后顺序可以互换，3、4的执行顺序也可以互换，但是必须要保证12在34之前执行，防止丢掉后面的节点）


    双向链表的插入.002.jpeg 
/* 双向链表的插入 */
Status linkLinstInsertData(linkList *L, int place ,ElemType data){
    
    if( *L == NULL)  return  ERROR;
    if( place < 1)  return  ERROR;

    /* 创建临时结点 */
    linkList temp = (linkList)malloc(sizeof(Node));
    temp ->data = data;
    temp->next = NULL;
    temp->prior = NULL;
    
    linkList p = (*L);
    
    /* 找到插入结点的位置的前一个结点 */
    
    for (int i = 1; i < place && p; i++) {
        p = p->next;
    }
    
    /* 如果插入的位置超过链表本身的长度*/
    if(p == NULL){
        return  ERROR;
    }
    
    if (p->next == NULL) {/* 最后一个结点 */
        p->next = temp ;
        temp->prior = p ;
    } else {
        /*1️⃣ 将p->next 结点的前驱prior = temp*/
         p->next->prior = temp;
         /*2️⃣ 将temp->next 指向原来的p->next*/
         temp->next = p->next;
         /*3️⃣ p->next 更新成新创建的temp*/
         p->next = temp;
         /*4️⃣ 新创建的temp前驱 = p*/
         temp->prior = p;
    }
    return OK;
}

• 删除指定位置的结点
找到要删除的结点的前一个位置p， 创建一个临时结点deleTemp。进行判断

  1. 链表非尾部删除 p->next = deleTemp->next delTemp->next->prior = p
    2.链表尾部删除 p->next = deleTemp->next


    图片.png 
/* 删除指定位置的节点 */
Status deleteLinkListDataInPlace(linkList * L,int place ,ElemType *deleteData){
    
    /* 判断双向链表是否为空,如果为空则返回ERROR */
    if(*L == NULL) return  ERROR;
    
    linkList p = *L;
    int k = 1;

    int length = linkLinstLength(L);

    /* 超过链表长度 */
    if (place > length) {
        printf("超出链表最大长度\n");
        return  ERROR;
        
    }
    
    while (k < place && p != NULL) {
        p = p->next;
        k++;
    }
    /* 如果k>i 或者 p == NULL 则返回ERROR */
    if (k > place || p == NULL) return  ERROR;
    
    /* 创建临时指针delTemp 指向要删除的结点,并将要删除的结点的data 赋值给*e,带回到main函数 */
    linkList deleTemp = p->next ;
    *deleteData = deleTemp->data ;
    
    /* p->next 等于要删除的结点的下一个结点 */
    p->next = deleTemp->next ;
    
    /* 如果删除结点的下一个结点不为空,则将将要删除的下一个结点的前驱指针赋值p */
    if (deleTemp->next != NULL) {
        deleTemp->next->prior = p;
    }
    /* 删除delTemp结点 */
    free(deleTemp) ;
    
    return OK;
}

• 删除指定元素的结点

  1. 通过遍历链表找到指定元素的结点而非指定元素的前一个结点

  2. 判断data数据域是否相等
     2.1 相等的情况下。
      2.1.1 把当前结点的前驱(要删除的元素的前一个结点)的next指向当前结点的的next：p->prior->next = p->next
      2.1.2 判断如果要删除的结点不是最后一个结点，当前结点的next(要删除的元素的前一个结点)的前驱指向当前结点的的前驱：p->next->prior =p->prior
     2.2 不相等，继续移动指针遍历


    双向链表删除指定元素结点指针变化情况图.jpeg 
/* 删除指定数据的节点 */
Status deleteDataInListLinst(linkList *L ,int data,ElemType *index){
    
    /* 判断双向链表是否为空,如果为空则返回ERROR */
    if(*L == NULL) return  ERROR;
    
    int i = 0 ;
    /* 遍历双向链表 */
    linkList p = *L;
    while (p) {
        /* 判断当前结点的数据域和data是否相等,若相等则删除该结点 */
        if (p->data == data) {
            p->prior->next = p->next;
            /* 判断当前删除的结点是不是最后一个结点 */
            if (p->next != NULL) {
                /* 修改被删除结点的后继结点的前驱指针 */
                p->next->prior =p->prior;
            }
            /* 释放被删除结点p */
            free(p);
            /* 只删除一个结点 */
            break;
        }
        /* 没有找到该结点,则继续移动指针p */
        p = p->next;
        i++;
    }
    if(p  == NULL){
        printf("未找到需要删除的数据\n");
        return  ERROR;
    }
    *index = i ;
    return OK ;
}

• 遍历

//5.2 打印循环链表的元素
void display(LinkList L){
    
    LinkList temp = L->next;
    
    if(temp == NULL){
        printf("打印的双向链表为空!\n");
        return;
    }
    
    while (temp) {
        printf("%d  ",temp->data);
        temp = temp->next;
    }
    printf("\n");
    
}

• 查找结点

int selectElem(LinkList L,ElemType elem){
    
    LinkList p = L->next;
    int i = 1;
    while (p) {
        if (p->data == elem) {
            return i;
        }
        
        i++;
        p = p->next;
    }
    
    return -1；

• 更新结点

Status replaceLinkList(LinkList *L,int index,ElemType newElem){
    LinkList p = (*L)->next;
    
    for (int i = 1; i < index; i++) {
        p = p->next;
    }
    
    p->data = newElem;
    return OK;
}

• 链表的长度

/* 链表的长度 */
int linkLinstLength(linkList *L){
    
    int i = 0 ;
    linkList temp = *L;
    while (temp->next != NULL ) {
        temp = temp->next;
        i++;
    }
    printf("链表的长度 %d\n",i);
    return i;
}

双向循环链表

最大的不同之处在于:头结点个尾结点的指向的不同
双向链表的头结点的前驱是null，尾结点的next是null
双向循环链表的头结点的前驱prior指向最后一个结点，尾结点的next指向头结点


图片.png

• 创建

  1. 初始化头结点p = *L 它的prior，next都指向自己
  2. 创建一个新的临时结点temp建立依赖关系
  3. P的next =temp
  4. temp->prior = P
  5. temp->next = (*L)
  6. p->prior = temp
  7. p 要记录最后的结点的位置,方便下一次插入 p = p->next
Status creatLinkList(LinkList *L){
    
    *L = (LinkList)malloc(sizeof(Node));
    if (*L == NULL) {
        return ERROR;
    }
    
    (*L)->next = (*L);
    (*L)->prior = (*L);
    
    //新增数据
    LinkList p = *L;
    for(int i=0; i < 10;i++){
        
        //1.创建1个临时的结点
        LinkList temp = (LinkList)malloc(sizeof(Node));
        temp->data = i;
        
        //2.为新增的结点建立双向链表关系
        //① temp 是p的后继
        p->next = temp;
        //② temp 的前驱是p
        temp->prior = p;
        //③ temp的后继是*L
        temp->next = (*L);
        //④ p 的前驱是新建的temp
        (*L)->prior = temp;
        //⑤ p 要记录最后的结点的位置,方便下一次插入
        p = p->next;
        
    }
    
    return OK;
   
}

• 插入
1.找到要插入的结点的前一个结点
2.创建新结点temp，data赋值
3.结点temp 的前驱结点为p
4.temp的后继结点指向p->next
5.p的后继结点为新结点temp
6.如果temp 结点不是最后一个结点
  6.1 是最后一个结点 头结点的prior 指向temp (*L)->prior = temp
  6.2 不是最后一个结点 temp节点的下一个结点的前驱为temp 结点 temp->next->prior = temp


双向循环链表插入结点指针变化情况图.png 
/*当插入位置超过链表长度则插入到链表末尾*/
Status LinkListInsert(LinkList *L, int index, ElemType e){
   
    //1. 创建指针p,指向双向链表头
    LinkList p = (*L);
    int i = 1;
    
    //2.双向循环链表为空,则返回error
    if(*L == NULL) return ERROR;
   
    //3.找到插入前一个位置上的结点p
    while (i < index && p->next != *L) {
        p = p->next;
        i++;
    }
    
    //4.如果i>index 则返回error
    if (i > index)  return ERROR;
    
    //5.创建新结点temp
    LinkList temp = (LinkList)malloc(sizeof(Node));
    
    //6.temp 结点为空,则返回error
    if (temp == NULL) return ERROR;
    
    //7.将生成的新结点temp数据域赋值e.
    temp->data = e;
    
    //8.将结点temp 的前驱结点为p;
    temp->prior = p;
    //9.temp的后继结点指向p->next;
    temp->next = p->next;
    //10.p的后继结点为新结点temp;
    p->next = temp;
    
    //如果temp 结点不是最后一个结点
    if (*L != temp->next) {
        
        //11.temp节点的下一个结点的前驱为temp 结点
        temp->next->prior = temp;
    }else{

        (*L)->prior = temp;
        
    }
    
    return OK;
}

• 删除指定位置的结点


双向链表删除结点指针变化情况图.jpeg 
Status LinkListDelete(LinkList *L,int index,ElemType *e){
    
    int i = 1;
    LinkList temp = (*L)->next;
    
    if (*L == NULL) {
        return  ERROR;
    }
    
    //①.如果删除到只剩下首元结点了,则直接将*L置空;
    if(temp->next == *L){
        free(*L);
        (*L) = NULL;
        return OK;
    }
    
    //1.找到要删除的结点
    while (i < index) {
        temp = temp->next;
        i++;
    }

    //2.给e赋值要删除结点的数据域
    *e = temp->data;
    
    //3.修改被删除结点的前驱结点的后继指针 
    temp->prior->next = temp->next;
    //4.修改被删除结点的后继结点的前驱指针 
    temp->next->prior = temp->prior;
    //5. 删除结点temp
    free(temp);
    
    return OK;
    
}

• 删除指定数据的结点

• 遍历

Status Display(LinkList L){
    
    if (L == NULL) {
        printf("打印的双向循环链表为空!\n\n");
        return ERROR;
    }
    printf("双向循环链表内容:  ");
    
    LinkList p = L->next;
    while (p != L) {

        printf("%d  ",p->data);
        p = p->next;
    }
    printf("\n\n");
    return OK;
}

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