Python线性表种的单链表详解
1. 线性表简介
2. 数组
3. 单向链表
设计链表的实现
链表与顺序表的对比
1. 线性表简介线性表是一种线性结构，它是由零个或多个数据元素构成的有限序列。线性表的特征是在一个序列中，除了头尾元素，每个元素都有且只有一个直接前驱，有且只有一个直接后继，而序列头元素没有直接前驱，序列尾元素没有直接后继。
数据结构中常见的线性结构有数组、单链表、双链表、循环链表等。线性表中的元素为某种相同的抽象数据类型。可以是C语言的内置类型或结构体，也可以是C++自定义类型。
2. 数组数组在实际的物理内存上也是连续存储的，数组有上界和下界。C语言中定义一个数组：
数组下标是从0开始的，a[0]对应第一个元素。其中，a[0]称为数组a的下界，a[6]称为数组a的上届。超过这个范围的下标使用数组，将造成数组越界错误。
数组的特点是：数据连续，支持快速随机访问。
数组分为固定数组与动态数组。其中固定数组的大小必须在编译时就能够确认，动态数组允许在运行时申请数组内存。复杂点的数组是多维数组，多维数组实际上也是通过一维数组来实现的。在C语言中，可以通过malloc来分配动态数组，C++使用new。另外，C++的标准模板库提供了动态数组类型vector以及内置有固定数组类型array。
Python中list可以被认为是封装好的数组。
3. 单向链表单向链表是链表的一种。链表由节点所构成，节点内含一个指向下一个节点的指针，节点依次链接成为链表。因此，链表这种数据结构通常在物理内存上是不连续的。链表的通常含有一个头节点，头节点不存放实际的值，它含有一个指针，指向存放元素的第一个节点。
class Node():
"""
单链表中的节点应该具有两个属性：val 和 next。
val 是当前节点的值，
next 是指向下一个节点的指针/引用。
"""
def __init__(self, value):
# 存放元素数据
self.val = value
# next是下一个节点的标识
self.next = None
设计链表的实现
您可以选择使用单链表或双链表。单链表中的节点应该具有两个属性：val 和 next。val 是当前节点的值，next 是指向下一个节点的指针/引用。如果要使用双向链表，则还需要一个属性 prev 以指示链表中的上一个节点。假设链表中的所有节点都是 0-index 的。
在链表类中实现这些功能：
get(index)：获取链表中第 index 个节点的值。如果索引无效，则返回-1。
addAtHead(val)：在链表的第一个元素之前添加一个值为 val 的节点。插入后，新节点将成为链表的第一个节点。
addAtTail(val)：将值为 val 的节点追加到链表的最后一个元素。
addAtIndex(index,val)：在链表中的第 index 个节点之前添加值为 val 的节点。如果 index 等于链表的长度，则该节点将附加到链表的末尾。如果 index 大于链表长度，则不会插入节点。
deleteAtIndex(index)：如果索引 index 有效，则删除链表中的第 index 个节点。
#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
"""
@Author : Young
@File : linked_list2.py
@version : 1.0
@Time : 2019/4/5 11:06
Description about this file:
"""
class Node():
"""
单链表中的节点应该具有两个属性：val 和 next。
val 是当前节点的值，
next 是指向下一个节点的指针/引用。
"""
def __init__(self, value):
# 存放元素数据
self.val = value
# next是下一个节点的标识
self.next = None
class SingleLinkList():
def __init__(self, node=None):
# 头节点定义为私有变量
self._head = node
def is_empty(self):
# 判断链表是否为空
if self._head is None:
return True
else:
return False
def get(self, index: int) -> int:
"""
获取链表中第 index 个节点的值。如果索引无效，则返回-1
:param index: 索引值
:return:
"""
if self._head is None:
return -1
cur = self._head
for i in range(index):
if cur.next is None:
return -1
cur = cur.next
return cur.val
def length(self):
"""
cur游标，用来移动遍历节点
count用来计数
:return: 返回链表的长度
"""
cur = self._head
count = 0
while cur is not None:
count += 1
cur = cur.next
return count
def travel(self):
"""
遍历整个链表
:return:
"""
cur = self._head
while cur is not None:
print(cur.elem, end=' ')
cur = cur.next
def add_at_head(self, val: int) -> None:
"""
在头部添加一个节点
:param val:
:return: None
"""
# 先创建一个保存item值的节点
node = Node(val)
# 判断链表是否为空
if self._head is None:
self._head = node
else:
# 将新节点的链接域next指向头节点，即_head指向的位置
node.next = self._head
# 将链表的头_head指向新节点
self._head = node
def add_at_tail(self, val: int) -> None or int:
"""
在尾部添加一个节点
:param item:
:return:
"""
node = Node(val)
# 若链表为空，直接将该节点作为链表的第一个元素
if self._head is None:
self._head = node
else:
cur = self._head
while cur.next is not None:
cur = cur.next
cur.next = node
def add_at_index(self, index: int, val: int) -> None:
"""
在指定位置pos添加节点
pos从0开始
:param index:
:param val:
:return:
"""
# 若指定位置pos为第一个元素之前，则执行头部插入
if index <= 0:
self.add_at_head(val)
# 若指定位置超过链表尾部，则执行尾部插入
elif index >= self.length():
self.add_at_tail(val)
# 找到指定位置
else:
# pre用来指向指定位置pos的前一个位置pos-1，初始从头节点开始移动到指定位置
pre = self._head
count = 0
node = Node(val)
# 在目标节点的前一位停下
while count < (index - 1):
count += 1
pre = pre.next
# 先将新节点node的next指向插入位置的节点
node.next = pre.next
# 将插入位置的前一个节点的next指向新节点
pre.next = node
def delete_at_index(self, index: int) -> None or int:
"""
如果索引 index 有效，则删除链表中的第 index 个节点。
:param index: 对应的索引值
:return: -1表示为异常
"""
pre = None
cur = self._head
if index is 0:
self._head = None
for i in range(index):
if cur.next is None:
# raise IndexError("越界")
return -1
pre = cur
cur = pre.next
else:
pre.next = cur.next
def search(self, val: int) -> True or False:
"""
查找节点是否存在
:param val: 节点的val值
:return:
"""
cur = self._head
while cur is not None:
if cur.val == val:
return True
else:
cur = cur.next
return False
if __name__ == '__main__':
obj = SingleLinkList()
obj.add_at_head(1)
obj.add_at_tail(3)
obj.add_at_index(1, 2)
obj.travel()
obj.delete_at_index(1)
obj.travel()
链表与顺序表的对比
链表失去了顺序表随机读取的优点，同时链表由于增加了结点的指针域，空间开销比较大，但对存储空间的使用要相对灵活。
链表与顺序表的各种操作复杂度如下所示：
操作 | 链表 | 顺序表 |
访问元素 | O(n) | O(1) |
在头部插入/删除 | O(1) | O(n) |
在尾部插入/删除 | O(n) | O(1) |
在中间插入/删除 | O(n) | O(n) |
到此这篇关于Python线性表种的单链表详解的文章就介绍到这了,更多相关Python单链表内容请搜索软件开发网以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持软件开发网！
