Python線性表種的單鏈表怎么實現

這篇文章主要介紹“Python線性表種的單鏈表怎么實現”的相關知識，小編通過實際案例向大家展示操作過程，操作方法簡單快捷，實用性強，希望這篇“Python線性表種的單鏈表怎么實現”文章能幫助大家解決問題。

1. 線性表簡介

線性表是一種線性結構，它是由零個或多個數據元素構成的有限序列。線性表的特征是在一個序列中，除了頭尾元素，每個元素都有且只有一個直接前驅，有且只有一個直接后繼，而序列頭元素沒有直接前驅，序列尾元素沒有直接后繼。

數據結構中常見的線性結構有數組、單鏈表、雙鏈表、循環鏈表等。線性表中的元素為某種相同的抽象數據類型。可以是C語言的內置類型或結構體，也可以是C++自定義類型。

2. 數組

數組在實際的物理內存上也是連續存儲的，數組有上界和下界。C語言中定義一個數組：

數組下標是從0開始的，a[0]對應第一個元素。其中，a[0]稱為數組a的下界，a[6]稱為數組a的上屆。超過這個范圍的下標使用數組，將造成數組越界錯誤。

數組的特點是：數據連續，支持快速隨機訪問。

數組分為固定數組與動態數組。其中固定數組的大小必須在編譯時就能夠確認，動態數組允許在運行時申請數組內存。復雜點的數組是多維數組，多維數組實際上也是通過一維數組來實現的。在C語言中，可以通過malloc來分配動態數組，C++使用new。另外，C++的標準模板庫提供了動態數組類型vector以及內置有固定數組類型array。

Python中list可以被認為是封裝好的數組。

3. 單向鏈表

單向鏈表是鏈表的一種。鏈表由節點所構成，節點內含一個指向下一個節點的指針，節點依次鏈接成為鏈表。因此，鏈表這種數據結構通常在物理內存上是不連續的。鏈表的通常含有一個頭節點，頭節點不存放實際的值，它含有一個指針，指向存放元素的第一個節點。

class Node():
"""
單鏈表中的節點應該具有兩個屬性：val 和 next。
val 是當前節點的值，
next 是指向下一個節點的指針/引用。
"""
def __init__(self, value):
# 存放元素數據
self.val = value
# next是下一個節點的標識
self.next = None

設計鏈表的實現

您可以選擇使用單鏈表或雙鏈表。單鏈表中的節點應該具有兩個屬性：val 和 next。val 是當前節點的值，next 是指向下一個節點的指針/引用。如果要使用雙向鏈表，則還需要一個屬性 prev 以指示鏈表中的上一個節點。假設鏈表中的所有節點都是 0-index 的。

在鏈表類中實現這些功能：

• get(index)：獲取鏈表中第 index 個節點的值。如果索引無效，則返回-1。

• addAtHead(val)：在鏈表的第一個元素之前添加一個值為 val 的節點。插入后，新節點將成為鏈表的第一個節點。

• addAtTail(val)：將值為 val 的節點追加到鏈表的最后一個元素。

• addAtIndex(index,val)：在鏈表中的第 index 個節點之前添加值為 val 的節點。如果 index 等于鏈表的長度，則該節點將附加到鏈表的末尾。如果 index 大于鏈表長度，則不會插入節點。

• deleteAtIndex(index)：如果索引 index 有效，則刪除鏈表中的第 index 個節點。

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
"""
@Author : Young
@File : linked_list2.py
@version : 1.0
@Time : 2019/4/5 11:06
Description about this file:

"""
class Node():
"""
單鏈表中的節點應該具有兩個屬性：val 和 next。
val 是當前節點的值，
next 是指向下一個節點的指針/引用。
"""

def __init__(self, value):
# 存放元素數據
self.val = value
# next是下一個節點的標識
self.next = None


class SingleLinkList():
def __init__(self, node=None):
# 頭節點定義為私有變量
self._head = node

def is_empty(self):
# 判斷鏈表是否為空
if self._head is None:
return True
else:
return False

def get(self, index: int) -> int:
"""
獲取鏈表中第 index 個節點的值。如果索引無效，則返回-1
:param index: 索引值
:return:
"""
if self._head is None:
return -1
cur = self._head
for i in range(index):
if cur.next is None:
return -1
cur = cur.next
return cur.val

def length(self):
"""
cur游標，用來移動遍歷節點
count用來計數
:return: 返回鏈表的長度
"""
cur = self._head
count = 0
while cur is not None:
count += 1
cur = cur.next
return count

def travel(self):
"""
遍歷整個鏈表
:return:
"""
cur = self._head
while cur is not None:
print(cur.elem, end=' ')
cur = cur.next

def add_at_head(self, val: int) -> None:
"""
在頭部添加一個節點
:param val:
:return: None
"""
# 先創建一個保存item值的節點
node = Node(val)
# 判斷鏈表是否為空
if self._head is None:
self._head = node
else:
# 將新節點的鏈接域next指向頭節點，即_head指向的位置
node.next = self._head
# 將鏈表的頭_head指向新節點
self._head = node

def add_at_tail(self, val: int) -> None or int:
"""
在尾部添加一個節點
:param item:
:return:
"""
node = Node(val)
# 若鏈表為空，直接將該節點作為鏈表的第一個元素
if self._head is None:
self._head = node
else:
cur = self._head
while cur.next is not None:
cur = cur.next
cur.next = node

def add_at_index(self, index: int, val: int) -> None:
"""
在指定位置pos添加節點
pos從0開始
:param index:
:param val:
:return:
"""
# 若指定位置pos為第一個元素之前，則執行頭部插入
if index <= 0:
self.add_at_head(val)
# 若指定位置超過鏈表尾部，則執行尾部插入
elif index >= self.length():
self.add_at_tail(val)
# 找到指定位置
else:
# pre用來指向指定位置pos的前一個位置pos-1，初始從頭節點開始移動到指定位置
pre = self._head
count = 0
node = Node(val)
# 在目標節點的前一位停下
while count < (index - 1):
count += 1
pre = pre.next
# 先將新節點node的next指向插入位置的節點
node.next = pre.next
# 將插入位置的前一個節點的next指向新節點
pre.next = node

def delete_at_index(self, index: int) -> None or int:
"""
如果索引 index 有效，則刪除鏈表中的第 index 個節點。
:param index: 對應的索引值
:return: -1表示為異常
"""
pre = None
cur = self._head
if index is 0:
self._head = None
for i in range(index):
if cur.next is None:
# raise IndexError("越界")
return -1
pre = cur
cur = pre.next
else:
pre.next = cur.next

def search(self, val: int) -> True or False:
"""
查找節點是否存在
:param val: 節點的val值
:return:
"""
cur = self._head
while cur is not None:
if cur.val == val:
return True
else:
cur = cur.next
return False

if __name__ == '__main__':
obj = SingleLinkList()
obj.add_at_head(1)
obj.add_at_tail(3)
obj.add_at_index(1, 2)
obj.travel()
obj.delete_at_index(1)
obj.travel()

鏈表與順序表的對比

鏈表失去了順序表隨機讀取的優點，同時鏈表由于增加了結點的指針域，空間開銷比較大，但對存儲空間的使用要相對靈活。

鏈表與順序表的各種操作復雜度如下所示：

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