数据结构与算法python版（一）--单链表

单向链表

定义：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。

• 表元素域elem用来存放具体的数据
• 链接域next用来存放下一个节点的位置（python中的标识）
• 表量p指向链表的头结点（首节点）的位置，从P出发能找到表中的任意节点。

1. 单链表的操作

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

2. 单链表的实现

• 单链表结点实现

class Node(object):    """结点类型"""    def __init__(self,item):        # 保存元素        self.item = item        # 保存下一个节点        self.next = None

• 判断链表是否为空、链表的长度、遍历链表。

class SingleLinkList(object):    """链表"""    def __init__(self):        self.__head = None    def is_empty(self):        """链表是否为空"""        # if self.__head is None:        #     return True        # return False        return  self.__head is None    def length(self):        """链表的长度"""        cur = self.__head        count =  0        while cur is not None:            count += 1            cur = cur.next        return count    def travel(self):        """遍历链表"""        cur = self.__head        while cur is not None:            print(cur.item, end=' ')            # 在这个位置 cur 就是上一个节点            cur = cur.next

• 头部添加元素
  

 def add(self,item):        """头部添加元素"""        node = Node(item)        # 添加的节点的 next 指向头结点        node.next = self.__head        # 链表的头结点属性指向新添加的节点        self.__head = node

• 尾部添加元素
  

    def append(self,item):        """链表的尾部追加元素"""        if self.is_empty():            self.add(item)            return        cur = self.__head        # 程序在此处会如果是空链表会boom        while cur.next is not None:            cur = cur.next        # 退出循环之后 cur 指向的就是最后一个节点        # 实例化新节点        node = Node(item)        cur.next = node        # # 方法2        # pre = None        # while cur is not None:        #     pre = cur        #     cur = cur.next        #        # # 循环退出之后 pre 指向的就是最后一个节点

• 指定位置添加元素
  

    def 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 = SingleNode(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.__head            while count < (pos-1):                count += 1                pre = 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 = node

• 删除结点
  

    def remove(self,item):        """删除元素,只删除第一个元素"""        cur = self.__head        pre = None        while cur is not None:            # 比较节点的 item 和删除的 item 是否相等            if cur.item == item:                # 如果删除的是首节点                if cur == self.__head:                    self.__head = cur.next                else:                    # 其他节点                    pre.next = cur.next                # 只删除一个元素 为 item 的节点                return            # 保存前端节点            pre = cur            cur = cur.next

• 查看结点是否存在

    def search(self,item):        """查找节点是否存在"""        # 遍历 满足条件就认为找到 return True        cur = self.__head        while cur is not None:            if cur.item == item:                return True            cur = cur.next        # 默认没有找到        return False

3. 链表与顺序表的对比

• 链表失去了顺序表随机读取的优点，同时链表由于增加了结点的指针域，空间开销比较大，但对存储空间的使用要相对灵活。

• 链表与顺序表的各种操作复杂度如下所示：

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)

4. 单链表的实现（全部功能）

class Node(object):    """节点类型"""    def __init__(self,item):        # 保存元素        self.item = item        # 保存下一个节点        self.next = None# 以面向对象的方式来操作链表# 增删改查class SingleLinkList(object):    """链表"""    def __init__(self):        self.__head = None    """    is_empty() 链表是否为空    length() 链表长度       travel() 遍历整个链表    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    search(item) 查找节点是否存在    """    def is_empty(self):        """链表是否为空"""        # if self.__head is None:        #     return True        # return False        return  self.__head is None    def length(self):        """链表的长度"""        cur = self.__head        count =  0        while cur is not None:            count += 1            cur = cur.next        return count    def travel(self):        """遍历链表"""        cur = self.__head        while cur is not None:            print(cur.item, end=' ')            # 在这个位置 cur 就是上一个节点            cur = cur.next    def search(self,item):        """查找节点是否存在"""        # 遍历 满足条件就认为找到 return True        cur = self.__head        while cur is not None:            if cur.item == item:                return True            cur = cur.next        # 默认没有找到        return False    def add(self,item):        """头部添加元素"""        node = Node(item)        # 添加的节点的 next 指向头结点        node.next = self.__head        # 链表的头结点属性指向新添加的节点        self.__head = node    def append(self,item):        """链表的尾部追加元素"""        if self.is_empty():            self.add(item)            return        cur = self.__head        # 程序在此处会如果是空链表会boom        while cur.next is not None:            cur = cur.next        # 退出循环之后 cur 指向的就是最后一个节点        # 实例化新节点        node = Node(item)        cur.next = node        # # 方法2        # pre = None        # while cur is not None:        #     pre = cur        #     cur = cur.next        #        # # 循环退出之后 pre 指向的就是最后一个节点    def insert(self, pos,item):        """在指定的位置插入元素"""        # 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)        else:            # 在中间某一个位置添加元素            # 角标为的位置添加元素, 遍历的时候需要获取1位置的前端节点            index = 0            cur = self.__head            while index < (pos - 1):                index = index + 1                cur = cur.next            # 循环退出之后 cur 指向的就是前端节点            node = Node(item)            node.next = cur.next            cur.next = node    def remove(self,item):        """删除元素,只删除第一个元素"""        cur = self.__head        pre = None        while cur is not None:            # 比较节点的 item 和删除的 item 是否相等            if cur.item == item:                # 如果删除的是首节点                if cur == self.__head:                    self.__head = cur.next                else:                    # 其他节点                    pre.next = cur.next                # 只删除一个元素 为 item 的节点                return            # 保存前端节点            pre = cur            cur = cur.nextif __name__ == '__main__':    single = SingleLinkList()    print(single.is_empty())                    # True    print(single.length())                      # 0    single.append(0)    single.add(1)    single.add(2)    print(single.is_empty())                    # False    print(single.length())                      # 3    single.travel()                             # 2,1,0    print(" ")    print(single.search(1))                     # True    print(single.search(10))                    # False    single.append(5)    single.travel()                             # 2,1,0,5    print(" ")    single.insert(100000,6)    single.insert(-10,8)    single.insert(1,11)                         # 8,11,2,1,0,5,6    single.travel()    print(" ")    single.remove(0)                            # 8,11,2,1,5,6    single.travel()    print(" ")    single.remove(8)                            # 11,2,1,5,6    single.travel()    print(" ")    single.remove(6)                            # 11,2,1,5    single.travel()