数据结构与算法 python--第三节 链表之单向链表

文章目录3 链表3.1 单向链表单链表的操作单链表是否为空、长度、遍历操作头部添加元素 add()尾部添加元素append()指定位置添加元素insert(pos,item)删除节点remove(item)查找节点是否存在search（item）完整代码链表与顺序表的对比3.2 双向链表 3 链表

为什么需要链表？
顺序表的构建需要预先知道数据大小来申请连续的存储空间，而在进行扩充时又需要进行数据的搬迁，所以使用起来并不是很灵活。
链表结构可以充分利用计算机内存空间，实现灵活的内存动态管理。

链表的定义：
链表（Linked list）是一种常见的基础数据结构，是一种线性表，但是不像顺序表一样连续存储数据，而是在每一个节点（数据存储单元）里存放下一个节点的位置信息（即地址)。

3.1 单向链表

单向链表也叫单链表，是链表中最简单的一种形式，它的每个节点包含两个域，一个信息域（元素域）和一个链接域。这个链接指向链表中的下一个节点，而最后一个节点的链接域则指向一个空值。

表元素域elem用来存放具体的数据。 链接域next用来存放下一个节点的位置（python中的标识） 变量p指向链表的头节点（首节点）的位置，从p出发能找到表中的任意节点

节点实现

class SingleNode(object): """单链表的结点""" def __init__(self,item): # _item存放数据元素 self.item = item # _next是下一个节点的标识 self.next = None 单链表的操作 is_empty() 链表是否为空 length() 链表长度 travel() 遍历整个链表 add(item) 链表头部添加元素 append(item) 链表尾部添加元素 insert(pos, item) 指定位置添加元素 remove(item) 删除节点 search(item) 查找节点是否存在 单链表是否为空、长度、遍历操作 class SingleLinkList(object): def __init__(self,node=None): self._head = node # _head 保存 链表对象 头结点的位置信息（示意图中的P），这个头结点对外来的 不需要知道头结点这个属性， #_head可供自己内部函数进行调用，对外不暴露，即 私有的,故前面要加个_ # 因为可以建一个空链表，所以头结点的位置信息_head可以为空 # 如果传进去了一个节点的值，那么self._head就不是空，故可以用默认参数 node = None pass def is_empty(self): """链表是否为空""" return self._head == None def length(self): """链表长度""" # cur为游标，用来移动 遍历节点 cur = self._head # count记录数量 count = 0 # 从1开始也可以，只不过从0开始 考虑到了列表为空这一情形 while cur != None: count += 1 cur = cur.next # 移动到下一个节点 return count def travel(self): '''遍历整个链表''' cur = self._head while cur != None: print(cur.elem,end = " ") cur = cur.next 头部添加元素 add()

def add(self, item): """头部添加元素""" # 先创建一个保存item值的节点 node = SingleNode(item) # 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 尾部添加元素append() def append(self, item): """尾部添加元素""" node = SingleNode(item) # 先判断链表是否为空，若是空链表，则将_head指向新节点 if self.is_empty(): self._head = node # 若不为空，则找到尾部，将尾节点的next指向新节点 else: cur = self._head while cur.next != None: cur = cur.next cur.next = node 指定位置添加元素insert(pos,item)

def insert(self, pos, item): """指定位置添加元素""" # 若指定位置pos为第一个元素之前，则执行头部插入 if pos (self.length()-1): self.append(item) # 找到指定位置 else: node = SingleNode(item) count = 0 # 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 while count < (pos-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 删除节点remove(item)

def remove(self,item): """删除节点""" cur = self._head pre = None while cur != None: # 找到了指定元素 if cur.item == item: # 如果第一个就是删除的节点 if not pre: # 将头指针指向头节点的后一个节点 self._head = cur.next else: # 将删除位置前一个节点的next指向删除位置的后一个节点 pre.next = cur.next break else: # 继续按链表后移节点 pre = cur cur = cur.next 查找节点是否存在search（item） def search(self,item): """链表查找节点是否存在，并返回True或者False""" cur = self._head while cur != None: if cur.item == item: return True cur = cur.next return False 完整代码 class SingleLinkList(object): def __init__(self,node=None): self._head = node pass def is_empty(self): """链表是否为空""" return self._head == None def length(self): """链表长度""" # cur为游标，用来移动 遍历节点 cur = self._head # count记录数量 count = 0 # 从1开始也可以，只不过从0开始 考虑到了列表为空这一情形 while cur != None: count += 1 cur = cur.next # 移动到下一个节点 return count def travel(self): '''遍历整个链表''' cur = self._head while cur != None: print(cur.elem,end = " ") cur = cur.next print("") def add(self,item): """头部添加元素""" node = Node(item) node.next = self._head self._head = node def append(self,item): """链表尾部添加元素""" node = Node(item) if self.is_empty(): self._head = node else: cur = self._head while cur.next != None: cur = cur.next cur.next = node def insert(self,pos, item): """指定位置添加元素""" if pos (self.length()-1): self.append(item) else: node = Node(item) cur = self._head count = 0 while count < pos-1: cur = cur.next count += 1 node.next = cur.next cur.next = node def remove(self,item): """删除节点""" cur = self._head pre = None while cur != None: if cur.elem == item: if cur == self._head: self._head = cur.next else: pre.next = cur.next break else: pre = cur cur = cur.next def search(self,item): """链表查找节点是否存在，并返回True或者False""" cur = self._head while cur != None: if cur.elem == item: return True cur = cur.next return False

测试

if __name__ == "__main__": ll = SingleLinkList() print(ll.is_empty()) print(ll.length()) ll.append(1) print(ll.is_empty()) print(ll.length()) ll.append(2) ll.add(8) ll.append(3) ll.append(4) ll.travel() ll.insert(2,99) ll.travel() ll.insert(4,77) ll.travel() ll.insert(0,50) ll.travel() print(ll.search(77)) ll.remove(99) ll.travel()

结果

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：

注意：虽然表面看起来复杂度都是 O(n)，但是链表和顺序表在插入和删除时进行的是完全不同的操作。链表的主要耗时操作是遍历查找，删除和插入操作本身的复杂度是O(1)。顺序表查找很快，主要耗时的操作是拷贝覆盖。因为除了目标元素在尾部的特殊情况，顺序表进行插入和删除时需要对操作点之后的所有元素进行前后移位操作，只能通过拷贝和覆盖的方法进行。

小结：
顺序表的一个优点就是：在存取元素时，可以通过时间复杂度为O(1)的方式一次性定位；
缺点就是：顺序表的空间（存储区域）必须是连续的，如果想要动态的改变，那么整个存储区都得改变

链表的优点是：可以对分散的/离散的空间进行充分的利用
缺点是：在存取元素时，时间复杂度不再是O(1)，必须从头往后去遍历

3.2 双向链表

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数据结构与算法python–第三节 链表之双向循环链表

作者：MissingDi

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