Example045
题目
有一个带头结点的单链表 L，设计一个算法使其元素递增有序。
分析
算法思想：采用直接插入排序算法的思想，先构建一个空链表，然后依次扫描原单链表第一个节点及之后的所有结点（直至 node==NULL 为止），在有序表中通过比较查找插入 node 的前驱节点 pre，然后将 node 插入到 pre 之后。
图解
C实现
核心代码：
/**
* 使单链表元素递增有序
* @param list
*/
void insertSort(LNode **list) {
// 变量，记录链表节点，初始为链表第一个节点
LNode *node = (*list)->next;
// 1.由于要重新构造单链表，所以将头结点的 next 指针指向 null
(*list)->next = NULL;
// 2.从头到尾扫描 node 所表示的单链表
while (node != NULL) {
// 局部变量，记录 node 节点的后继节点，为了能够 node=node->next，因为下面会修改 node 节点指向，所以要提前记录后继节点
LNode *temp = node->next;
// 局部变量，每次循环都需要重置，记录前驱节点，初始指向链表的头结点
LNode *pre = *list;
// 2.1 找 node 节点在新链表中插入的位置，即前驱节点 pre 的位置，因为 node 节点要插入到 pre 节点的后面
while (pre->next != NULL && node->data > pre->next->data) {
pre = pre->next;
}
// 2.2 将节点 node 插入到 pre 的后面
node->next = pre->next;
pre->next = node;
// 2.3 方便扫描剩下来的节点，相当于 node=node->next
node = temp;
}
}
完整代码：
#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
/**
* 单链表节点
*/
typedef struct LNode {
/**
* 单链表节点的数据域
*/
int data;
/**
* 单链表节点的的指针域，指向当前节点的后继节点
*/
struct LNode *next;
} LNode;
/**
* 通过尾插法创建单链表
* @param list 单链表
* @param nums 创建单链表时插入的数据数组
* @param n 数组长度
* @return 创建好的单链表
*/
LNode *createByTail(LNode **list, int nums[], int n) {
// 1.初始化单链表
// 创建链表必须要先初始化链表，也可以选择直接调用 init() 函数
*list = (LNode *) malloc(sizeof(LNode));
(*list)->next = NULL;
// 尾插法，必须知道链表的尾节点（即链表的最后一个节点），初始时，单链表的头结点就是尾节点
// 因为在单链表中插入节点我们必须知道前驱节点，而头插法中的前驱节点一直是头节点，但尾插法中要在单链表的末尾插入新节点，所以前驱节点一直都是链表的最后一个节点，而链表的最后一个节点由于链表插入新节点会一直变化
LNode *node = (*list);
// 2.循环数组，将所有数依次插入到链表的尾部
for (int i = 0; i < n; i++) {
// 2.1 创建新节点，并指定数据域和指针域
// 2.1.1 创建新节点，为其分配空间
LNode *newNode = (LNode *) malloc(sizeof(LNode));
// 2.1.2 为新节点指定数据域
newNode->data = nums[i];
// 2.1.3 为新节点指定指针域，新节点的指针域初始时设置为 null
newNode->next = NULL;
// 2.2 将新节点插入到单链表的尾部
// 2.2.1 将链表原尾节点的 next 指针指向新节点
node->next = newNode;
// 2.2.2 将新节点置为新的尾节点
node = newNode;
}
return *list;
}
/**
* 使单链表元素递增有序
* @param list
*/
void insertSort(LNode **list) {
// 变量，记录链表节点，初始为链表第一个节点
LNode *node = (*list)->next;
// 1.由于要重新构造单链表，所以将头结点的 next 指针指向 null
(*list)->next = NULL;
// 2.从头到尾扫描 node 所表示的单链表
while (node != NULL) {
// 局部变量，记录 node 节点的后继节点，为了能够 node=node->next，因为下面会修改 node 节点指向，所以要提前记录后继节点
LNode *temp = node->next;
// 局部变量，每次循环都需要重置，记录前驱节点，初始指向链表的头结点
LNode *pre = *list;
// 2.1 找 node 节点在新链表中插入的位置，即前驱节点 pre 的位置，因为 node 节点要插入到 pre 节点的后面
while (pre->next != NULL && node->data > pre->next->data) {
pre = pre->next;
}
// 2.2 将节点 node 插入到 pre 的后面
node->next = pre->next;
pre->next = node;
// 2.3 方便扫描剩下来的节点，相当于 node=node->next
node = temp;
}
}
/**
* 打印链表的所有节点
* @param list 单链表
*/
void print(LNode *list) {
printf("[");
// 链表的第一个节点
LNode *node = list->next;
// 循环单链表所有节点，打印值
while (node != NULL) {
printf("%d", node->data);
if (node->next != NULL) {
printf(", ");
}
node = node->next;
}
printf("]\n");
}
int main() {
// 声明单链表
LNode *list;
int nums[] = {2, 3, 1, 5, 4};
int n = 5;
createByTail(&list, nums, n);
print(list);
// 调用函数，进行排序
insertSort(&list);
print(list);
}
执行结果：
[2, 3, 1, 5, 4]
[1, 2, 3, 4, 5]
Java实现
核心代码：
/**
* 使单链表元素递增有序
*/
public void insertSort() {
// 变量，记录链表节点，初始为链表第一个节点
LNode node = list.next;
// 1.由于要重新构造单链表，所以将头结点的 next 指针指向 null
list.next = null;
// 2.从头到尾扫描 node 所表示的单链表
while (node != null) {
// 局部变量，记录 node 节点的后继节点，为了能够 node=node->next，因为下面会修改 node 节点指向，所以要提前记录后继节点
LNode temp = node.next;
// 局部变量，每次循环都需要重置，记录前驱节点，初始指向链表的头结点
LNode pre = list;
// 2.1 找 node 节点在新链表中插入的位置，即前驱节点 pre 的位置，因为 node 节点要插入到 pre 节点的后面
while (pre.next != null && node.data > pre.next.data) {
pre = pre.next;
}
// 2.2 将节点 node 插入到 pre 的后面
node.next = pre.next;
pre.next = node;
// 2.3 方便扫描剩下来的节点，相当于 node=node->next
node = temp;
}
}
完整代码：
public class LinkedList {
/**
* 单链表
*/
private LNode list;
/**
* 通过尾插法创建单链表
*
* @param nums 创建单链表时插入的数据
* @return 创建好的单链表
*/
public LNode createByTail(int... nums) {
// 1.初始化单链表
// 创建链表必须要先初始化链表，也可以选择直接调用 init() 函数
list = new LNode();
list.next = null;
// 尾插法，必须知道链表的尾节点（即链表的最后一个节点），初始时，单链表的头结点就是尾节点
// 因为在单链表中插入节点我们必须知道前驱节点，而头插法中的前驱节点一直是头节点，但尾插法中要在单链表的末尾插入新节点，所以前驱节点一直都是链表的最后一个节点，而链表的最后一个节点由于链表插入新节点会一直变化
LNode tailNode = list;
// 2.循环数组，将所有数依次插入到链表的尾部
for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
// 2.1 创建新节点，并指定数据域和指针域
// 2.1.1 创建新节点，为其分配空间
LNode newNode = new LNode();
// 2.1.2 为新节点指定数据域
newNode.data = nums[i];
// 2.1.3 为新节点指定指针域，新节点的指针域初始时设置为 null
newNode.next = null;
// 2.2 将新节点插入到单链表的尾部
// 2.2.1 将链表原尾节点的 next 指针指向新节点
tailNode.next = newNode;
// 2.2.2 将新节点置为新的尾节点
tailNode = newNode;
}
return list;
}
/**
* 使单链表元素递增有序
*/
public void insertSort() {
// 变量，记录链表节点，初始为链表第一个节点
LNode node = list.next;
// 1.由于要重新构造单链表，所以将头结点的 next 指针指向 null
list.next = null;
// 2.从头到尾扫描 node 所表示的单链表
while (node != null) {
// 局部变量，记录 node 节点的后继节点，为了能够 node=node->next，因为下面会修改 node 节点指向，所以要提前记录后继节点
LNode temp = node.next;
// 局部变量，每次循环都需要重置，记录前驱节点，初始指向链表的头结点
LNode pre = list;
// 2.1 找 node 节点在新链表中插入的位置，即前驱节点 pre 的位置，因为 node 节点要插入到 pre 节点的后面
while (pre.next != null && node.data > pre.next.data) {
pre = pre.next;
}
// 2.2 将节点 node 插入到 pre 的后面
node.next = pre.next;
pre.next = node;
// 2.3 方便扫描剩下来的节点，相当于 node=node->next
node = temp;
}
}
/**
* 打印单链表所有节点
*/
public void print() {
// 链表的第一个节点
LNode node = list.next;
// 循环打印
String str = "[";
while (node != null) {
// 拼接节点的数据域
str += node.data;
// 只要不是最后一个节点，那么就在每个节点的数据域后面添加一个分号，用于分隔字符串
if (node.next != null) {
str += ", ";
}
// 继续链表的下一个节点
node = node.next;
}
str += "]";
// 打印链表
System.out.println(str);
}
}
/**
* 单链表的节点
*/
class LNode {
/**
* 链表的数据域，暂时指定为 int 类型，因为 Java 支持泛型，可以指定为泛型，就能支持更多的类型了
*/
int data;
/**
* 链表的指针域，指向该节点的下一个节点
*/
LNode next;
}
测试代码：
public class LinkedListTest {
public static void main(String[] args) {
// 创建单链表
LinkedList list = new LinkedList();
list.createByTail(2, 3, 1, 5, 4);
list.print();
// 调用函数，进行排序
list.insertSort();
list.print();
}
}
执行结果：
[2, 3, 1, 5, 4]
[1, 2, 3, 4, 5]
