双向链表：深入理解链表数据结构

2023-09-04 02:38:29

双向链表：深入理解其特性与操作

在数据结构的广袤天地中，链表扮演着至关重要的角色。它们以高效的插入和删除操作而闻名，在各种场景下大显身手。在深入单向链表的基础知识后，让我们踏上双向链表的旅程，进一步拓展我们对链表的认知。

双向链表：一种双向遍历的线性结构

与单向链表不同，双向链表中的每个节点都包含指向其前驱节点和后继节点的指针。这种双向链接结构允许链表从头到尾或从尾到头的遍历，为特定的应用程序提供了更大的灵活性。

构建双向链表：从头开始

构建双向链表的过程与构建单向链表非常相似。我们从一个名为 Node 的类开始，它表示链表中的每个元素。该类包含指向数据项和前驱、后继节点的指针。

class Node {
  constructor(data) {
    this.data = data;
    this.prev = null;
    this.next = null;
  }
}

接下来，我们需要一个类来管理链表本身。称为 DoublyLinkedList 的类负责跟踪链表的头部、尾部和长度。

class DoublyLinkedList {
  constructor() {
    this.head = null;
    this.tail = null;
    this.length = 0;
  }

插入元素：灵活定位与指针更新

在双向链表中插入元素时，我们需要考虑插入位置以及如何更新指针。

头部插入： 将新节点的 next 指针指向原链表头部，更新链表头部指针指向新节点，原头部节点的 prev 指针指向新节点。

insertAtHead(data) {
  const newNode = new Node(data);
  if (!this.head) {
    this.head = newNode;
    this.tail = newNode;
  } else {
    newNode.next = this.head;
    this.head.prev = newNode;
    this.head = newNode;
  }
  this.length++;
}

尾部插入： 与头部插入类似，更新尾部指针指向新节点，原尾部节点的 next 指针指向新节点。

insertAtTail(data) {
  const newNode = new Node(data);
  if (!this.tail) {
    this.head = newNode;
    this.tail = newNode;
  } else {
    this.tail.next = newNode;
    newNode.prev = this.tail;
    this.tail = newNode;
  }
  this.length++;
}

指定位置插入： 遍历链表找到目标位置，将新节点插入到目标节点之前。

insertAtIndex(index, data) {
  if (index < 0 || index > this.length) {
    throw new Error("Invalid index");
  }

  const newNode = new Node(data);
  if (index === 0) {
    this.insertAtHead(data);
  } else if (index === this.length) {
    this.insertAtTail(data);
  } else {
    let current = this.head;
    for (let i = 0; i < index; i++) {
      current = current.next;
    }
    newNode.prev = current.prev;
    current.prev.next = newNode;
    current.prev = newNode;
    newNode.next = current;
    this.length++;
  }
}

删除元素：从链表中移除

删除双向链表中的元素也涉及到定位和指针更新。

头部删除： 更新链表头部指针指向原头部节点的 next 节点，原头部节点的前驱指针变为 null。

deleteHead() {
  if (!this.head) {
    return;
  }

  if (this.head === this.tail) {
    this.head = null;
    this.tail = null;
  } else {
    this.head = this.head.next;
    this.head.prev = null;
  }
  this.length--;
}

尾部删除： 与头部删除类似，更新尾部指针指向原尾部节点的 prev 节点，原尾部节点的后继指针变为 null。

deleteTail() {
  if (!this.tail) {
    return;
  }

  if (this.head === this.tail) {
    this.head = null;
    this.tail = null;
  } else {
    this.tail = this.tail.prev;
    this.tail.next = null;
  }
  this.length--;
}

指定位置删除： 遍历链表找到目标位置，将目标节点从链表中移除。

deleteAtIndex(index) {
  if (index < 0 || index >= this.length) {
    throw new Error("Invalid index");
  }

  if (index === 0) {
    this.deleteHead();
  } else if (index === this.length - 1) {
    this.deleteTail();
  } else {
    let current = this.head;
    for (let i = 0; i < index; i++) {
      current = current.next;
    }
    current.prev.next = current.next;
    current.next.prev = current.prev;
    this.length--;
  }
}