算法与数据结构(part6)--单向链表

学习笔记，仅供参考，有错必纠

参考自：单链表头指针、头结点、头元结的辨析

文章目录

算法与数据结构–基于python
- 链表
- - 为啥需要链表
  - 什么是链表
- 单向链表
- - 什么是单向链表
  - 单列表的操作
  - 节点的实现
  - 单链表的实现
  - 链表与顺序表的对比

算法与数据结构–基于python

链表

为啥需要链表

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，所以使用起来不是很灵活；而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。

什么是链表

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，而是在每一个结点（数据存储单元）里存放下一个结点的位置信息（即地址）。

单向链表

什么是单向链表

单向链表也叫单链表，是链表中最简单的一种形式；它的每个结点包含两个域，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结点，而最后一个结点的链接域则指向一个空值。

图示

单链表也可以没有头结点，如果没有头结点的话，那么单链表就会变成这样：

关于头结点

头结点是为了操作的统一与方便而设立的，放在第一个元素结点之前，其数据域一般无意义（当然有些情况下也可存放链表的长度、用做监视哨等等），首元结点也就是第一个元素的结点，它是头结点后边的第一个结点，头结点不是链表所必需的。

关于头指针

在线性表的链式存储结构中，头指针是指链表指向第一个结点的指针，若链表有头结点，则头指针就是指向链表头结点的指针；头指针具有标识作用，故常用头指针冠以链表的名字；无论链表是否为空，头指针均不为空，头指针是链表的必要元素。

单列表的操作

is_empty()
#链表是否为空
length()
#链表长度
travel()
#遍历整个链表
append(item)
#链表尾部添加元素
add(item)
#链表头部添加元素
insert(pos, item)
#指定位置添加元素
search(item)
#查找结点是否存在
remove(item)
#删除结点

节点的实现

class Node:def __init__(self, elem):#初始化数据区self.elem = elem#初始化链接区self.next = None

单链表的实现

首先，我们参照下图中的链表形式，来构造我们的单链表：

同时，我们参照下图中的尾插法，在我们的链表末尾插入数据：

参照下图中的头插法，在链表头部添加元素：

参照下图中的插入法，在链表中指定位置插入元素：

参照下图中的删除法，在链表中删除某个指定元素：

定义单链表：

class SingleLinkedList:def __init__(self):#头指针self.__head = None#判断链表是否为空def is_empty(self):return self.__head is None#查询长度def length(self):#判断是否为空if self.is_empty():return 0else:#定义游标cur = self.__head#计数count = 0while cur != None:cur = cur.nextcount += 1return count#遍历链表def travel(self):if self.is_empty():returnelse:#定义游标cur = self.__headwhile cur != None:#打印数据print(cur.elem, " ")cur = cur.nextprint('')#链表尾部添加元素def append(self, item):#定义新节点node = Node(item)#判断链表是否为空if self.is_empty():self.__head = nodeelse:cur = self.__headwhile cur.next!= None:cur = cur.next#while循环结束后，cur到达了最后一个节点cur.next = node#链表开头插入def add(self, item):#新节点node = Node(item)if self.is_empty():self.__head = nodeelse:node.next = self.__headself.__head = node#链表中指定位置插入def insert(self, pos, item):#新节点if pos < 0:self.add(item)elif pos > (self.length() - 1):self.append(item)else:node = Node(item)pre = self.__headcount = 0while count < (pos -1):pre = pre.nextcount += 1#下面的两行代码顺序不可变node.next = pre.nextpre.next = node#查找节点def search(self, item):if self.is_empty():return Falseelse:cur = self.__headwhile cur!= None:if cur.elem == item:return Trueelse:cur = cur.nextreturn False#删除节点def remove(self,item):if self.is_empty():returnelse:# 定义cur游标cur = self.__head# 定义pre游标pre = None# 查找所有的位置有没有要删除的，若有则删while cur != None:# 判断cur指向的数据，是否为要删的数据if cur.elem == item:# 考虑特殊情况，恰好要删的是第一个元素if cur == self.__head:# 头结点指向后一个结点self.__head = cur.nextelse:# 删除pre.next = cur.nextreturnelse:# 移动游标，先移动pre，再移动curpre = curcur = cur.next

测试：

if __name__ == "__main__":sll = SingleLinkedList()print(sll.is_empty())print(sll.length())print('-'*20)sll.travel()print('-'*20)sll.append(1)sll.add(2)sll.append(3)sll.travel()print('-'*20)print(sll.is_empty())print(sll.length())print('-'*20)sll.insert(1,'abc')sll.travel()print(sll.search(2))print('-'*20)sll.remove('abc')sll.travel()

输出：

True
0
--------------------
--------------------
2
1
3  --------------------
False
3
--------------------
2
abc
1
3  True
--------------------
2
1
3

链表与顺序表的对比

链表与顺序表各种操作的时间复杂度：

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)