数据结构与算法:1.链表结构

1 Python链表

1.1基本概念

概念：链表是通过一个个节点组成的，每个节点都包含了称为cargo的基本单元，它也是一种**递归**的数据结构。

图示：能保持数据之间的逻辑顺序，但不必按照顺序存储。

和C不一样的是python没有专门的指针概念，在python中每个变量都是指针

链表的删除可以通过修改指针来实现

Python实现链表的方法：

class Node:'''data:节点保存的数据_next:保存下一个节点对象'''def __init__(self,data,pnext=None):self.data=dataself._next=pnext

1.2 链表的基本要素

１．节点，每一个节点有两个域：

左：值域，右：针域

２．head节点：特殊节点，永远指向第一个节点

３．tail节点：特殊节点，永远指向最后一个节点

４．None:链表最后节点的针域的指针指向None值,因此也叫接地点.

class Node:def __init__(self,data = None, next = None):self.data = dataself.next = next

创建独立节点:

node1 = Node(1)
node2 = Node(2)
node3 = Node(3)

表示节点间关系:

node1.next = node2
node2.next = node3

1.3链表的常用方法

LinkedList() 创建空链表，不需要参数，返回值是空链表
is_empty() 测试链表是否为空，不需要参数，返回值是布尔值
append(data) 在尾部增加一个元素作为列表最后一个，参数是要追加的元素，无返回值
iter() 遍历链表，无参数，无返回值，此方法一般是一个生成器
insert(idx,value) 插入一个元素，参数为插入元素的索引和值
remove(idx)移除1个元素，参数为要移除的元素或索引，并修改链表
size() 返回链表的元素数，不需要参数，返回值是个整数
search(item) 查找链表某元素，参数为要查找的元素或索引，返回是布尔值

链表是一种常见的基础数据结构，是一种线性表，但是并不会按线性的顺序存储数据，而是在每一个节点里存到下一个节点的指针(Pointer)。

1.4链表种类

单向链表、单向循环链表、双向链表、双向循环链表。

两种最简单的链表为单向链表和双向链表。

单向链表通过一个外部的头链接来访问第1项，单向链表的节点被分成两个部分，第一部分保存或显示关于节点的信息，第二部分储存下一节点地址。

单向链表只能向一个方向遍历。单向链表中每个节点只有一个指针。

单向链表结构图:

双向链表结构图：

链表无法进行随机访问，只能进行顺序访问。
链表分配内存的方式和数组不同，在链表中插入或删除点时，可以直接进行插入或删除，不需要在内存中移动数据项；
每一次插入和删除的过程，链表会调整大小，不需要额外的内存代价，也不需要复制数据项。

1.5遍历链表

链表的基本操作：遍历next节点

在列表中查找一个元素
在列表中插入一个元素
从列表中删除一列元素

probe = head
while probe != None:probe = probe.next

注意:

不可以用head来遍历列表，否则会丢失列表的一些节点，可以使用和head相同类型的临时的指针变量，这个变量先初始化为链表结构的head指针，然后控制一个循环。

单向链表遍历为例，流程框图如下：

遍历结束后，temp指针为None，而head指针还是指向第一个节点，遍历在时间上是线性的，并且不需要额外的内存。

遍历单链表结构会访问每一个节点，并且当遇到一个空链接的时候终止，而None就是充当负责停止这个过程的哨兵。

1.6链表运用

class LinkedList:def __init__(self):self.head = Noneself.tail = Nonedef is_empty(self):return self.head is Nonedef append(self,data):node = Node(data)if self.head is None:self.head = nodeself.tail = nodeelse:self.tail.next = nodeself.tail = nodedef iter(self):if not self.head:returncur = self.headyield cur.datawhile cur.next:cur =cur.nextyield cur.datadef insert(self, idx, value):cur = self.headcur_idx = 0if cur is None:raise Exception("The list is an empty")while cur_idx < idx - 1:cur = cur.nextif cur is None:raise Exception('......')cur_idx = cur_idx + 1node = Node(value)node.next = cur.nextcur.next = nodeif node.next is None:self.tail = nodedef remove(self, idx):cur = self.headcur_idx = 0if self.head is None:  # 空链表时raise Exception('The list is an empty list')while cur_idx < idx-1:cur = cur.nextif cur is None:raise Exception('list length less than index')cur_idx += 1if idx == 0:   # 当删除第一个节点时self.head = cur.nextcur = cur.nextreturnif self.head is self.tail:   # 当只有一个节点的链表时self.head = Noneself.tail = Nonereturncur.next = cur.next.nextif cur.next is None:  # 当删除的节点是链表最后一个节点时self.tail = curdef size(self):current = self.headcount = 0if current is None:return 'The list is an empty list'while current is not None:count += 1current = current.nextreturn countdef search(self, item):current = self.headfound = Falsewhile current is not None and not found:if current.data == item:found = Trueelse:current = current.nextreturn found

验证操作:

if __name__ == '__main__':link_list = LinkedList()for i in range(150):link_list.append(i)print(link_list.is_empty())link_list.insert(10, 30)