Python数据结构之单链表

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本文转载自微信公众号「python与大数据分析」，作者一只小小鸟鸟。转载本文请联系python与大数据分析公众号。

今天终于把大学都没想明白的链表数据结构整明白了，也算小小的收获，挺好玩的。文后附链表操作示意图。

单向链表(单链表)是链表的一种，其特点是链表的链接方向是单向的，对链表的访问要通过顺序读取从头部开始。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。

链表中的数据是以结点来表示的，每个结点的构成：元素(数据元素的映象) + 指针(指示后继元素存储位置)，元素就是存储数据的存储单元，指针就是连接每个结点的地址数据。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。

• isempty(self) 链表是否为空
• length(self) 链表长度
• travel(self) 遍历整个链表
• add(self,item) 链表头部添加元素
• append(self,item) 链表尾部添加元素
• insert(self,item,index) 指定位置添加元素
• deletebyitem(self,item) 根据数据项删除节点
• deletebyindex(self,index) 根据索引位置删除节点
• search(self,item) 根据数据项查找节点是否存在
• update(self,index,item) 暂无实现
• getitem(self,index) 获取索引位置对应的数据项
• getindex(self,item) 获取数据项对应的索引位置

代码基本为原创，经过大量重写

class Node(object): 
    def __init__(self, item): 
        self.item = item 
        self.next = None 
    def __repr__(self): 
        pass 
    def __str__(self): 
        return str(self.item) 
 
class SingleLinkList(object): 
    def __init__(self): 
        self.header = None 
        self.currentnum=0 
 
    def isempty(self): 
        return self.header == None 
 
    def length(self): 
        return self.currentnum 
 
    def travel(self): 
        cur =self.header 
        while cur !=None: 
            print("{}".format(cur.item),end=" ") 
            cur=cur.next 
        print("\r") 
 
    def add(self,item): 
        node=Node(item) 
        # 新节点的链接指向头节点 
        node.next=self.header 
        # 链表的头指向新节点 
        self.header=node 
        self.currentnum+=1 
 
    def append(self,item): 
        tempnode=self.header 
        node=Node(item) 
        if self.isempty(): 
            self.add(node) 
        else: 
            while tempnode.next!=None: 
                tempnode=tempnode.next 
            tempnode.next=node 
            self.currentnum+=1 
 
    def insert(self,item,index): 
        node=Node(item) 
        tempnode=self.header 
        if index>self.currentnum+1 or index<=0: 
            raise IndexError("{} is not find in Linklist".format(index)) 
        # 指定位置为第一个即在头部插入 
        if index==1: 
            self.add(node) 
        elif index>self.currentnum-1: 
            self.append(node) 
        else: 
            for i in range(1,index-1): 
                tempnode=tempnode.next 
            node.next=tempnode.next 
            tempnode.next=node 
            self.currentnum+=1 
 
    def deletebyitem(self,item): 
        tempnode=self.header 
        prenode=None 
        while tempnode!=None: 
            if tempnode.item==item: 
                if tempnode==self.header: 
                    self.header=tempnode.next 
                else: 
                    prenode.next=tempnode.next 
                break 
            else: 
                prenode=tempnode 
                tempnode=tempnode.next 
 
 
    def deletebyindex(self,index): 
 
        if index>self.currentnum or index<=0: 
            raise IndexError("{} is not find in Linklist".format(index)) 
 
        i=1 
        tempnode=self.header 
        prenode=self.header 
 
        if index==1: 
            self.header = tempnode.next 
            self.currentnum-=1 
            return 
 
        while tempnode.next and i<index: 
            prenode = tempnode 
            tempnode = tempnode.next 
            i+=1 
 
        if i==index: 
            prenode.next=tempnode.next 
            self.currentnum-=1 
 
 
    def search(self,item): 
        tempnode=self.header 
        while tempnode!=None: 
            if tempnode.item==item: 
                return True 
            else: 
                tempnode=tempnode.next 
        return False 
 
    def update(self,index,item): 
        pass 
 
    def getitem(self,index): 
        if index<=0 or index>self.currentnum: 
            raise IndexError("{} is not find in Linklist".format(index)) 
        tempnode=self.header 
        i=1 
        while i<index: 
            tempnode=tempnode.next 
            i+=1 
        return tempnode.item 
 
    def getindex(self,item): 
        tempnode = self.header 
        i=0 
        flag=False 
        while tempnode != None: 
            i+=1 
            if tempnode.item == item: 
                flag=True 
                return i 
            else: 
                tempnode = tempnode.next 
        if flag==False: 
            return 0 
 
if __name__ == '__main__': 
    a = SingleLinkList() 
    a.add(1)  # 1 
    print('a.add(1)') 
    a.travel() 
    a.add(2)  # 2 1 
    print('a.add(2)') 
    a.travel() 
    a.append(3)  # 2 1 3 
    print('a.append(3)') 
    a.travel() 
    a.insert(4, 2)  # 2 1 4 3 
    print('a.insert(2, 4)') 
    a.travel() 
    print('a.search(1)=',a.search(1)) 
    print('a.search(5)=', a.search(5)) 
    print('a.getindex(1)=',a.getindex(1)) 
    print('a.getindex(5)=', a.getindex(5)) 
    print('a.getitem(2)=', a.getitem(2)) 
    print('a.getitem(4)=', a.getitem(4)) 
    print('a.getitem(3)=', a.getitem(3)) 
    # a.deletebyitem(5) 
    # print('a.deletebyitem(5)') 
    # a.travel() 
    # a.deletebyitem(4) 
    # print('a.deletebyitem(4)') 
    # a.travel() 
    # a.deletebyitem(2) 
    # print('a.deletebyitem(2)') 
    # a.travel() 
    a.deletebyindex(4) 
    print('a.deletebyindex(4)') 
    a.travel() 
    a.deletebyindex(2) 
    print('a.deletebyindex(2)') 
    a.travel() 
    a.deletebyindex(1) 
    print('a.deletebyindex(1)') 
    a.travel() 

结果如下

C:\python\pyproject\pythonalgorithms\venv\Scripts\python.exe C:/python/pyproject/pythonalgorithms/linklist.py 
a.add(1) 
1  
a.add(2) 
2 1  
a.append(3) 
2 1 3  
a.insert(2, 4) 
2 4 1 3  
a.search(1)= True 
a.search(5)= False 
a.getindex(1)= 3 
a.getindex(5)= 0 
a.getitem(2)= 4 
a.getitem(4)= 3 
a.getitem(3)= 1 
a.deletebyindex(4) 
2 4 1  
a.deletebyindex(2) 
2 1  
a.deletebyindex(1) 
1  
 
Process finished with exit code 0 

链表头部增加节点示意图

从链表尾部增加节点示意图