Python数据结构与算法 DAY 4

2221-李同学

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3.3 双向链表

一种更复杂的链表是“双向链表”或“双面链表”。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;而另一个指向下一个节点,当此节点为最后一个节点时,指向空值。

Python数据结构与算法 DAY 4

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

实现

#定义节点
class Node(object):
    """双向链表节点"""
    def __init__(self, item):
        self.item = item
        self.next = None
        self.prev = None

#双向链表的实现
class DLinkList(object):
    """双向链表"""
    def __init__(self ,node = None):
        self._head = node

    def is_empty(self):
        """判断链表是否为空"""
        return self._head is None

    def length(self):
        """返回链表的长度"""
        cur = self._head
        count = 0
        while cur != None:
            count += 1
            cur = cur.next
        return count

    def travel(self):
        """遍历链表"""
        cur = self._head
        while cur != None:
            print(cur.item,end=" ")
            cur = cur.next
        print("")

    def search(self, item):
        """查找元素是否存在"""
        cur = self._head
        while cur != None:
            if cur.item == item:
                return True
            cur = cur.next
        return False

###################以上与单链表相同###################

    def add(self, item):
        """头部插入元素"""
        node = Node(item)
        if self.is_empty():
            # 如果是空链表,将_head指向node
            self._head = node
        else:
            # 将node的next指向_head的头节点
            node.next = self._head
            # 将_head的头节点的prev指向node
            self._head.prev = node
            # 将_head 指向node
            self._head = node

    def append(self, item):
        """尾部插入元素"""
        node = Node(item)
        if self.is_empty():
            # 如果是空链表,将_head指向node
            self._head = node
        else:
            # 移动到链表尾部
            cur = self._head
            while cur.next != None:
                cur = cur.next
            # 将尾节点cur的next指向node
            cur.next = node
            # 将node的prev指向cur
            node.prev = cur

指定位置插入节点

Python数据结构与算法 DAY 4

    def insert(self, pos, item):
        """在指定位置添加节点"""
        if pos <= 0:
            self.add(item)
        elif pos > (self.length() - 1):
            self.append(item)
        else:
            node = Node(item)
            cur = self._head
            count = 0
            # 移动到指定位置的前一个位置
            while count < (pos - 1):
                count += 1
                cur = cur.next
            # 将node的prev指向cur
            node.prev = cur
            # 将node的next指向cur的下一个节点
            node.next = cur.next
            # 将cur的下一个节点的prev指向node
            cur.next.prev = node
            # 将cur的next指向node
            cur.next = node

删除元素

Python数据结构与算法 DAY 4

    def remove(self, item):
        """删除元素"""
        if self.is_empty():
            return
        else:
            cur = self._head
            if cur.item == item:
                # 如果首节点的元素即是要删除的元素
                if cur.next == None:
                    # 如果链表只有这一个节点
                    self._head = None
                else:
                    # 将第二个节点的prev设置为None
                    cur.next.prev = None
                    # 将_head指向第二个节点
                    self._head = cur.next
                return
            while cur != None:
                if cur.item == item:
                    # 将cur的前一个节点的next指向cur的后一个节点
                    cur.prev.next = cur.next
                    # 将cur的后一个节点的prev指向cur的前一个节点
                    cur.next.prev = cur.prev
                    break
                cur = cur.next

测试:

if __name__ == "__main__":
    ll = DLinkList()
    print(ll.is_empty())  # True
    print(ll.length())  # 0

    ll.append(1)
    print(ll.is_empty())  # False
    print(ll.length())  # 1
    ll.append(2)
    ll.add(8)
    ll.append(3)
    ll.append(4)
    ll.insert(2, 99)
    ll.travel()  # 8 1 99 2 3 4
    ll.insert(-1, 88)
    ll.travel()  # 88 8 1 99 2 3 4
    ll.insert(100, 77)
    ll.travel()  # 88 8 1 99 2 3 4 77
    print(ll.search(99)) #True
    print(ll.search(100))   #False
    ll.remove(99)
    ll.travel()  # 88 8 1 2 3 4 77

3.2 单向循环链表

单链表的一个变形是单向循环链表,链表中最后一个节点的next域不再为None,而是指向链表的头节点。

Python数据结构与算法 DAY 4

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

实现

#节点实现
class Node(object):
    """节点"""
    def __init__(self, item):
        self.item = item
        self.next = None

#单向循环链表的实现
class SinCycLinkedlist(object):
    """单向循环链表"""
    def __init__(self,node=None):
        '''头节点'''
        self._head = node

    def is_empty(self):
        """判断链表是否为空"""
        return self._head == None

    def length(self):
        """返回链表的长度"""
        # 如果链表为空,返回长度0
        if self.is_empty():
            return 0
        count = 1
        cur = self._head
        while cur.next != self._head:
            count += 1
            cur = cur.next
        return count

    def travel(self):
        """遍历链表"""
        if self.is_empty():
            return
        cur = self._head
        print(cur.item,end = " ")
        while cur.next != self._head:
            cur = cur.next
            print(cur.item,end = " ")
        print("")


    def add(self, item):
        """头部添加节点"""
        node = Node(item)
        if self.is_empty():
            self._head = node
            node.next = self._head
        else:
            #添加的节点指向_head
            node.next = self._head
            # 移到链表尾部,将尾部节点的next指向node
            cur = self._head
            while cur.next != self._head:
                cur = cur.next
            cur.next = node
            #_head指向添加node的
            self._head = node

    def append(self, item):
        """尾部添加节点"""
        node = Node(item)
        if self.is_empty():
            self._head = node
            node.next = self._head
        else:
            # 移到链表尾部
            cur = self._head
            while cur.next != self._head:
                cur = cur.next
            # 将尾节点指向node
            cur.next = node
            # 将node指向头节点_head
            node.next = self._head

    def insert(self, pos, item):
        """在指定位置添加节点"""
        if pos <= 0:
            self.add(item)
        elif pos > (self.length()-1):
            self.append(item)
        else:
            node = Node(item)
            cur = self._head
            count = 0
            # 移动到指定位置的前一个位置
            while count < (pos-1):
                count += 1
                cur = cur.next
            node.next = cur.next
            cur.next = node

    def remove(self, item):
        """删除一个节点"""
        # 若链表为空,则直接返回
        if self.is_empty():
            return
        # 将cur指向头节点
        cur = self._head
        pre = None
        # 若头节点的元素就是要查找的元素item
        if cur.item == item:
            # 如果链表不止一个节点
            if cur.next != self._head:
                # 先找到尾节点,将尾节点的next指向第二个节点
                while cur.next != self._head:
                    cur = cur.next
                # cur指向了尾节点
                cur.next = self._head.next
                self._head = self._head.next
            else:
                # 链表只有一个节点
                self._head = None
        else:
            pre = self._head
            # 第一个节点不是要删除的
            while cur.next != self._head:
                # 找到了要删除的元素
                if cur.item == item:
                    # 删除
                    pre.next = cur.next
                    return
                else:
                    pre = cur
                    cur = cur.next
            # cur 指向尾节点
            if cur.item == item:
                # 尾部删除
                pre.next = cur.next

    def search(self, item):
        """查找节点是否存在"""
        if self.is_empty():
            return False
        cur = self._head
        if cur.item == item:
            return True
        while cur.next != self._head:
            cur = cur.next
            if cur.item == item:
                return True
        return False

测试:

if __name__ == "__main__":
    ll =SinCycLinkedlist()
    print(ll.is_empty()) #True
    print(ll.length()) #0
    ll.append(1)
    print(ll.is_empty()) #False
    print(ll.length()) #1
    ll.append(2)
    ll.add(8)
    ll.append(3)
    ll.append(4)
    ll.insert(2,99)
    ll.travel() #8 1 99 2 3 4
    ll.insert(-1,88)
    ll.travel() #88 8 1 99 2 3 4
    ll.insert(100,77)
    ll.travel() #88 8 1 99 2 3 4 77
    print(ll.search(77)) #True
    print(ll.search(100))  #False
    ll.remove(99)
    ll.travel() #88 8 1 2 3 4 77

链表扩展

  • 双向循环链表
  • 节点存储信息

4.栈与队列的概念

栈(stack),有些地方称为堆栈,是一种容器,可存入数据元素、访问元素、删除元素,它的特点在于只能允许在容器的一端(称为栈顶端指标,英语:top)进行加入数据(英语:push)和输出数据(英语:pop)的运算。没有了位置概念,保证任何时候可以访问、删除的元素都是此前最后存入的那个元素,确定了一种默认的访问顺序。

由于栈数据结构只允许在一端进行操作,因而按照后进先出(LIFO, Last In First Out)的原理运作。

Python数据结构与算法 DAY 4

**队列(queue)**是只允许在一端进行插入操作,而在另一端进行删除操作的线性表。

队列是一种先进先出的(First In First Out)的线性表,简称FIFO。允许插入的一端为队尾,允许删除的一端为队头。队列不允许在中间部位进行操作!假设队列是q=(a1,a2,……,an),那么a1就是队头元素,而an是队尾元素。这样我们就可以删除时,总是从a1开始,而插入时,总是在队列最后。这也比较符合我们通常生活中的习惯,排在第一个的优先出列,最后来的当然排在队伍最后。

Python数据结构与算法 DAY 4

栈结构实现

栈可以用顺序表实现,也可以用链表实现。

栈的操作

  • Stack() 创建一个新的空栈
  • push(item) 添加一个新的元素item到栈顶
  • pop() 弹出栈顶元素
  • peek() 返回栈顶元素
  • is_empty() 判断栈是否为空
  • size() 返回栈的元素个数

用列表实现栈

class Stack(object):
    """栈"""
    def __init__(self):
         self.__items = []

    def is_empty(self):
        """判断是否为空"""
        return self.__items == []

    def push(self, item):
        """加入元素"""
        self.__items.append(item)

    def pop(self):
        """弹出元素"""
        if self.__items:
            return self.__items.pop()
        else:
            return None

    def peek(self):
        """返回栈顶元素"""
        if self.__items:
            return self.__items[len(self.__items)-1]
        else:
            return None

    def size(self):
        """返回栈的大小"""
        return len(self.__items)

测试:

if __name__ == "__main__":
    stack = Stack()
    stack.push("hello")
    stack.push("world")
    stack.push("itcast")
    print(stack.size()) #3
    print(stack.peek()) #itcast
    print(stack.pop()) #itcast
    print(stack.pop()) #world
    print(stack.pop()) #hello
    print(stack.pop()) #None

队列的实现

同栈一样,队列也可以用顺序表或者链表实现。

操作

  • Queue() 创建一个空的队列
  • enqueue(item) 往队列中添加一个item元素
  • dequeue() 从队列头部删除一个元素
  • is_empty() 判断一个队列是否为空
  • size() 返回队列的大小
class Queue(object):
    """队列"""
    def __init__(self):
        self.items = []

    def is_empty(self):
        return self.items == []

    def enqueue(self, item):
        """进队列"""
        self.items.insert(0,item)

    def dequeue(self):
        """出队列"""
        return self.items.pop()

    def size(self):
        """返回大小"""
        return len(self.items)

测试:

if __name__ == "__main__":
    q = Queue()
    q.enqueue("hello")
    q.enqueue("world")
    q.enqueue("itcast")
    print(q.size()) #3
    print(q.dequeue()) #hello
    print(q.dequeue()) #world
    print(q.dequeue()) #itcast

双端队列

双端队列(deque,全名double-ended queue),是一种具有队列和栈的性质的数据结构。

双端队列中的元素可以从两端弹出,其限定插入和删除操作在表的两端进行。双端队列可以在队列任意一端入队和出队。

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操作

  • Deque() 创建一个空的双端队列
  • add_front(item) 从队头加入一个item元素
  • add_rear(item) 从队尾加入一个item元素
  • remove_front() 从队头删除一个item元素
  • remove_rear() 从队尾删除一个item元素
  • is_empty() 判断双端队列是否为空
  • size() 返回队列的大小
class Deque(object):
    """双端队列"""
    def __init__(self):
        self.items = []

    def is_empty(self):
        """判断队列是否为空"""
        return self.items == []

    def add_front(self, item):
        """在队头添加元素"""
        self.items.insert(0,item)

    def add_rear(self, item):
        """在队尾添加元素"""
        self.items.append(item)

    def remove_front(self):
        """从队头删除元素"""
        return self.items.pop(0)

    def remove_rear(self):
        """从队尾删除元素"""
        return self.items.pop()

    def size(self):
        """返回队列大小"""
        return len(self.items)

测试:

if __name__ == "__main__":
    deque = Deque()
    deque.add_front(1)
    deque.add_front(2)
    deque.add_rear(3)
    deque.add_rear(4)
    print(deque.size()) #4
    print(deque.remove_front()) #2
    print(deque.remove_front()) #1
    print(deque.remove_rear()) #4
    print(deque.remove_rear()) #3

未经允许不得转载:作者:2221-李同学, 转载或复制请以 超链接形式 并注明出处 拜师资源博客
原文地址:《Python数据结构与算法 DAY 4》 发布于2021-10-11

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