链表（python版）

一、链表简介

链表是一种在存储单元上非连续、非顺序的存储结构。数据元素的逻辑顺序是通过链表中的指针链接次序实现。链表是由一系列的结点组成，结点可以在运行时动态生成。每个结点包含两部分：数据域与指针域。数据域存储数据元素，指针域存储下一结点的指针。

二、单向链表

单向链表也叫单链表，是链表中最简单的形式，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。 head 保存首地址，item 存储数据，next 指向下一结点地址。 链表失去了序列的随机读取优点，同时链表增加了指针域，空间开销也较大，但它对存储空间的使用要相对灵活。 举个栗子：有一堆数据[1,2,3,5,6,7]，要在3和5之间插入4, 如果用数组，需要将5之后的数据都往后退一位，然后再插入4，这样非常麻烦，但是如果用链表，直接在3和5之间插入4就行。

1. 定义结点

结点的数据结构为数据元素(item)与 指针(next)

class Node(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

2. 定义链表

链表需要具有首地址指针head。

class SingleLinkList(object): """单链表""" def __init__(self): self._head = None

创建链表:

if __name__ == '__main__': # 创建链表 link_list = SingleLinkList() # 创建结点 node1 = Node(1) node2 = Node(2) # 将结点添加到链表 link_list._head = node1 # 将第一个结点的next指针指向下一结点 node1.next = node2 # 访问链表 print(link_list._head.item) # 访问第一个结点数据 print(link_list._head.next.item) # 访问第二个结点数据

是不是感觉很麻烦，所以我们要在链表中增加操作方法。

is_empty() 链表是否为空length() 链表长度items() 获取链表数据迭代器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find(item) 查找节点是否存在 代码如下： class SingleLinkList(object): """单链表""" def __init__(self): self._head = None def is_empty(self): """判断链表是否为空""" return self._head is None def length(self): """链表长度""" # 初始指针指向head cur = self._head count = 0 # 指针指向None 表示到达尾部 while cur is not None: count += 1 # 指针下移 cur = cur.next return count def items(self): """遍历链表""" # 获取head指针 cur = self._head # 循环遍历 while cur is not None: # 返回生成器 yield cur.item # 指针下移 cur = cur.next def add(self, item): """向链表头部添加元素""" node = Node(item) # 新结点指针指向原头部结点 node.next = self._head # 头部结点指针修改为新结点 self._head = node def append(self, item): """尾部添加元素""" node = Node(item) # 先判断是否为空链表 if self.is_empty(): # 空链表，_head 指向新结点 self._head = node else: # 不是空链表，则找到尾部，将尾部next结点指向新结点 cur = self._head while cur.next is not None: cur = cur.next cur.next = node def insert(self, index, item): """指定位置插入元素""" # 指定位置在第一个元素之前，在头部插入 if index <= 0: self.add(item) # 指定位置超过尾部，在尾部插入 elif index > (self.length() - 1): self.append(item) else: # 创建元素结点 node = Node(item) cur = self._head # 循环到需要插入的位置 for i in range(index - 1): cur = cur.next node.next = cur.next cur.next = node def remove(self, item): """删除节点""" cur = self._head pre = None while cur is not None: # 找到指定元素 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 return True else: # 继续按链表后移节点 pre = cur cur = cur.next def find(self, item): """查找元素是否存在""" return item in self.items()

操作链表:

if __name__ == '__main__': link_list = SingleLinkList() # 向链表尾部添加数据 for i in range(5): link_list.append(i) # 向头部添加数据 link_list.add(6) # 遍历链表数据 for i in link_list.items(): print(i, end='\t') # 链表数据插入数据 link_list.insert(3, 9) print('\n', list(link_list.items())) # 删除链表数据 link_list.remove(0) # 查找链表数据 print(link_list.find(4))

三、循环链表

单向循环链表为单向链表的变种，链表的最后一个next指向链表头，新增一个循环。

1. 循环链表结点

class Node(object): """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

2. 定义循环链表

class SingleCycleLinkList(object): def __init__(self): self._head = None def is_empty(self): """判断链表是否为空""" return self._head is None def length(self): """链表长度""" # 链表为空 if self.is_empty(): return 0 # 链表不为空 count = 1 cur = self._head while cur.next != self._head: count += 1 # 指针下移 cur = cur.next return count def items(self): """ 遍历链表 """ # 链表为空 if self.is_empty(): return # 链表不为空 cur = self._head while cur.next != self._head: yield cur.item cur = cur.next yield cur.item def add(self, item): """ 头部添加结点""" node = Node(item) if self.is_empty(): # 为空 self._head = node node.next = self._head else: # 添加结点指向head node.next = self._head cur = self._head # 移动结点，将末尾的结点指向node while cur.next != self._head: cur = cur.next cur.next = node # 修改 head 指向新结点 self._head = node def append(self, item): """尾部添加结点""" node = Node(item) if self.is_empty(): # 为空 self._head = node node.next = self._head else: # 寻找尾部 cur = self._head while cur.next != self._head: cur = cur.next # 尾部指针指向新结点 cur.next = node # 新结点指针指向head node.next = self._head def insert(self, index, item): """ 指定位置添加结点""" if index <= 0: # 指定位置小于等于0，头部添加 self.add(item) # 指定位置大于链表长度，尾部添加 elif index > self.length() - 1: self.append(item) else: node = Node(item) cur = self._head # 移动到添加结点位置 for i in range(index - 1): cur = cur.next # 新结点指针指向旧结点 node.next = cur.next # 旧结点指针 指向 新结点 cur.next = node def remove(self, item): """ 删除一个结点 """ if self.is_empty(): return cur = self._head pre = Node # 第一个元素为需要删除的元素 if cur.item == item: # 链表不止一个元素 if cur.next != self._head: while cur.next != self._head: cur = cur.next # 尾结点指向 头部结点的下一结点 cur.next = self._head.next # 调整头部结点 self._head = self._head.next else: # 只有一个元素 self._head = None else: # 不是第一个元素 pre = self._head while cur.next != self._head: if cur.item == item: # 删除 pre.next = cur.next return True else: pre = cur # 记录前一个指针 cur = cur.next # 调整指针位置 # 当删除元素在末尾 if cur.item == item: pre.next = self._head return True def find(self, item): """ 查找元素是否存在""" return item in self.items() if __name__ == '__main__': link_list = SingleCycleLinkList() print(link_list.is_empty()) # 头部添加元素 for i in range(5): link_list.add(i) print(list(link_list.items())) # 尾部添加元素 for i in range(6): link_list.append(i) print(list(link_list.items())) # 添加元素 link_list.insert(3, 45) print(list(link_list.items())) # 删除元素 link_list.remove(5) print(list(link_list.items())) # 元素是否存在 print(4 in link_list.items())

四、双向链表

双向链表比单向链表更加复杂，它每个节点有两个链接：一个指向前一个节点，当此节点为第一个节点时，指向空值；而另一个链接指向下一个节点，当此节点为最后一个节点时，指向空值。 head 保存首地址，item 存储数据，next 指向下一结点地址，prev 指向上一结点地址。

1. 定义双向链表结点

class Node(object): """双向链表的结点""" def __init__(self, item): # item存放数据元素 self.item = item # next 指向下一个节点的标识 self.next = None # prev 指向上一结点 self.prev = None

2. 定义双向链表

class BilateralLinkList(object): """双向链表""" def __init__(self): self._head = None def is_empty(self): """判断链表是否为空""" return self._head is None def length(self): """链表长度""" # 初始指针指向head cur = self._head count = 0 # 指针指向None 表示到达尾部 while cur is not None: count += 1 # 指针下移 cur = cur.next return count def items(self): """遍历链表""" # 获取head指针 cur = self._head # 循环遍历 while cur is not None: # 返回生成器 yield cur.item # 指针下移 cur = cur.next def add(self, item): """向链表头部添加元素""" node = Node(item) if self.is_empty(): # 头部结点指针修改为新结点 self._head = node else: # 新结点指针指向原头部结点 node.next = self._head # 原头部 prev 指向 新结点 self._head.prev = node # head 指向新结点 self._head = node def append(self, item): """尾部添加元素""" node = Node(item) if self.is_empty(): # 链表无元素 # 头部结点指针修改为新结点 self._head = node else: # 链表有元素 # 移动到尾部 cur = self._head while cur.next is not None: cur = cur.next # 新结点上一级指针指向旧尾部 node.prev = cur # 旧尾部指向新结点 cur.next = node def insert(self, index, item): """ 指定位置插入元素""" if index <= 0: self.add(item) elif index > self.length() - 1: self.append(item) else: node = Node(item) cur = self._head for i in range(index): cur = cur.next # 新结点的向下指针指向当前结点 node.next = cur # 新结点的向上指针指向当前结点的上一结点 node.prev = cur.prev # 当前上一结点的向下指针指向node cur.prev.next = node # 当前结点的向上指针指向新结点 cur.prev = node def remove(self, item): """ 删除结点 """ if self.is_empty(): return cur = self._head # 删除元素在第一个结点 if cur.item == item: # 只有一个元素 if cur.next is None: self._head = None return True else: # head 指向下一结点 self._head = cur.next # 下一结点的向上指针指向None cur.next.prev = None return True # 移动指针查找元素 while cur.next is not None: if cur.item == item: # 上一结点向下指针指向下一结点 cur.prev.next = cur.next # 下一结点向上指针指向上一结点 cur.next.prev = cur.prev return True cur = cur.next # 删除元素在最后一个 if cur.item == item: # 上一结点向下指针指向None cur.prev.next = None return True def find(self, item): """查找元素是否存在""" return item in self.items()