数据结构——链表（python版）

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。

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。

列如：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，我就直接在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

示例：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()

示例：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))

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())

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()

来源地址：https://blog.csdn.net/weixin_39589455/article/details/130504551