python实现·数据结构与算法之单向链表

单向链表定义

单向链表(Single Linked List)也叫单链表，是一种链式存取的数据结构，用一组地址任意的存储单元存放线性表中的数据元素，是链表中最简单的一种形式。链表中的数据是以结点来表示的，每个节点包含两个域，一个元素域(数据元素的映象)和一个链接域，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。

节点示意图

单向链表示意图

单向链表的基本操作

is_empty() 判断链表是否为空
length 链表长度
travel() 遍历整个链表，打印元素
add(item) 在链表头部添加元素
append(item) 在链表尾部添加元素
insert(pos, item) 在指定位置插入元素
remove(item) 删除元素
clear() 清空链表
is_contain(item) 判断元素是否存在

Python代码实现

# 节点的实现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

# 单向链表的实现class SingleLinkList(object):"""单链表"""def __init__(self):self._head = Nonedef is_empty(self):"""判断链表是否为空"""return self._head is None@propertydef length(self):"""链表长度"""# cur初始时指向头节点cur = self._headcount = 0# 尾节点指向None，当未到达尾部时while cur is not None :count += 1# 将cur后移一个节点cur = cur.nextreturn countdef travel(self):"""遍历链表"""cur = self._headwhile cur is not None :print(cur.item)cur = cur.nextprint("")def add(self, item):"""头部添加元素"""# 先创建一个保存item值的节点node = Node(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 = nodedef append(self, item):"""尾部添加元素"""node = Node(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._headwhile cur.next is not None :cur = cur.nextcur.next = nodedef insert(self, pos, item):"""指定位置添加元素"""# 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 = Node(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._headwhile count < (pos-1):count += 1pre = 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 = nodedef remove(self,item):"""删除节点"""cur = self._headpre = Nonewhile cur is not 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.nextelse:# 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.nextbreakelse:# 继续按链表后移节点pre = curcur = cur.nextdef is_contain(self,item):"""链表查找节点是否存在，并返回True或者False"""cur = self._headwhile cur is not None :if cur.item == item:return Truecur = cur.nextreturn Falsedef __len__(self):"""可以使用len()方法获取链表长度"""return self.lengthdef __iter__(self):"""可使用循环遍历链表里的元素"""cur = self._headwhile cur is not None:value = cur.itemcur = cur.nextyield valuedef __contains__(self, item):"""可使用in判断是否在链表中"""cur = self._headwhile cur is not None :if cur.item == item:return Truecur = cur.nextreturn False

# 测试数据if __name__ == '__main__':print("--------创建单向链表---------")sl_list = SingleLinkList()sl_list.add(1)sl_list.add(2)sl_list.append(3)sl_list.insert(2, 4)print("length:",len(sl_list))sl_list.travel()print(sl_list.is_contain(3))print(sl_list.is_contain(5))print(3 in sl_list)print(5 in sl_list)sl_list.remove(1)print("length:",len(sl_list))sl_list.travel()print("--------循环遍历-------")for i in sl_list:print(i)

# 输出结果--------创建单向链表---------
length: 4
2
1
4
3True
False
True
False
length: 3
2
4
3--------循环遍历-------
2
4
3

算法分析

操作	复杂度
访问元素	O(n)O(n)O(n)
在头部插入/删除	O(1)O(1)O(1)
在尾部插入/删除	O(n)O(n)O(n)
在中间插入/删除	O(n)O(n)O(n)

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