Python数据结构与算法_第3节_链表(单向链表)

1389-李同学

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链表

链表简介

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储存空间,扩充时有需要进行数据的搬迁,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(node)(数据存储单元)里存放下一个节点的位置信息(即地址)。
  • 每个节点有两部分组成:数据元素区 & 下个节点的连接区
    Python数据结构与算法_第3节_链表(单向链表)

单向链表

  • 单向链表(单链表):每个节点包含两个域,信息域(元素域)和链接域。这个链接指向链表中的下一个节点,尾节点的链接域指向空。
    Python数据结构与算法_第3节_链表(单向链表)
    • 表元素域elem:存放具体的数据。
    • 链接域next:存放下个节点的位置(对象id)。
    • 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(node)实现

  • 如果要用代码来实现,考虑到ADT(Abstract Data Type抽象数据类型),要用类来实现
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	# 初始化的节点,无任何指向。

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

单列表的实现

# 以下全部为对象方法,不是类方法
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 == None

    def length(self):
        """链表长度"""
        # cur初始时指向头节点
        cur = self._head
        count = 0
        # 尾节点指向None,当未到达尾部时
        while cur != None:	# 指针最后指向None
            count += 1
            # 将cur后移一个节点
            cur = cur.next
        return count

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

头部添加元素

	 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

	def append(self, item):
	        """尾部添加元素,尾插法"""
	        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

	def insert(self, pos, item):
	        """指定位置添加元素,头插法"""
	        # 若指定位置pos为第一个元素之前,则执行头部插入
	        if pos <= 0:
	            self.add(item)
	        # 若指定位置超过链表尾部,则执行尾部插入
	        elif 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

	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

	 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

测试

if __name__ == "__main__":
    ll = SingleLinkList()
    ll.add(1)
    ll.add(2)
    ll.append(3)
    ll.insert(2, 4)
    print "length:",ll.length()
    ll.travel()
    print ll.search(3)
    print ll.search(5)
    ll.remove(1)
    print "length:",ll.length()
    ll.travel()

链表与顺序表的对比

  • 链表:
    • 优点:对储存空间的使用比较灵活。可以利用分散的空间。
    • 缺点:无法像顺序表一样随机读取,空间开销比较大(增加了节点的指针域)。
  • 顺序表:
    • 优点:读取元素很快。
    • 缺点:需要连续的一整块内存,主要耗时的操作是删除和插入时需要的拷贝覆盖
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)

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原文地址:《Python数据结构与算法_第3节_链表(单向链表)》 发布于2020-11-18

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