链表及其python实现

链表及其python实现

文章目录

• 链表
• 采用链表来实现无序表
• • 实现节点ListNode
  • 链表实现无序表UnorderList
• 有序表及其实现
• 总结

链表

链表（linked list）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)。

由于不必须按顺序存储，链表在插入的时候可以达到O(1)的复杂度，比另一种线性表顺序表快得多，但是查找一个节点或者访问特定编号的节点则需要O(n)的时间，而顺序表相应的时间复杂度分别是O(logn)和O(1)。

数组是很常用的数据储存方式，而链表就是继数组之后，第二种最通用的数据储存方式了。数组需要存放在连续的空间，计算机很容易实现。而链表的好处是不用确定空间长度，不够的时候，直接申请新的节点，帮助插入。所以链表可以更灵活地进行内存分配。

链表（linked list）是一种序列形的数据结构，其中包含了很多通过链接 (link) 被串起来的节点。每个节点有一个数据域，储存着节点的数值，还有一个指针域，指向下一个节点。

1. 单链表：链表中最简单的一种是单向链表，它包含两个域，一个信息域和一个指针域。这个链接指向列表中的下一个节点，而最后一个节点则指向一个空值。
   

2. 双链表：双链表是为了解决链表节点不知道前面节点的尴尬，于是在节点的定义中，存在一个父节点，和一个子节点。这样就能顺着父节点往回找。
   

3. 循环链表：在一个 循环链表中, 首节点和末节点被连接在一起。这种方式在单向和双向链表中皆可实现。
   
   主要应用：链表用来构建许多其它数据结构，如堆栈，队列和他们的派生。

采用链表来实现无序表

• 数据存放位置美哦与规则，数据项之间建立链接指向，保持相对位置；
• 每个节点至少包含两个信息：数据项本身，及指向下一个节点的引用信息。

实现节点ListNode

class ListNode(object):
	# 初始化
    def __init__(self, val, next=None):
        self.val = val
        self.next = next
	# 返回数据项
    def get_Val(self):
        return self.val
	# 返回下一个节点
    def get_Next(self):
        return self.next
	# 修改数据项
    def set_Val(self,newval):
        self.val = newval
	# 修改下一个节点
    def set_Next(self,newnext):
        self.next = newnext

链表实现无序表UnorderList

• 链接节点构建数据集；
• 如果想要访问列表中的所有节点，就必须从第一个遍历下去；

无序表必须引用第一个节点：

class UnorderList(object):
    def __init__(self):
        self.head = None

判断表是否为空

def isEmpty(self):
	return self.head == None

add方法
我们给链表添加数据，新数据项可以加入到原表的任何位置，考虑性能，我们添加到最容易添加的地方，表头。
size()方法
从链条头head开始遍历到表尾用变量累加经过的节点数。
search方法
从表头head开始遍历到表尾，同时判断当前节点的数据项是否是目标。
remove方法
首先找到目标，然后current指向当前匹配的数据项的节点；然后把前一个节点的next指向下一个节点；所有这里需要当前节点还有前一个节点的引用。

class UnorderList(object):
    def __init__(self):
        self.head = ListNode()

    def isEmpty(self):
        return self.head.val == None

    def add(self, item):
        newnode = ListNode(item, None)
        newnode.set_Next(self.head)
        self.head = newnode

    def size(self):
        current = self.head
        count = 0
        while current != None:
            count = count + 1
            current = current.get_Next()
        return count-1

    def search(self, item):
        current = self.head
        found = False
        while current != None and not found:
            if current.get_Val() == item:
                found = True
            else:
                current = current.get_Next()
        return found

    def remove(self, item):
        current = self.head
        previous = None
        found = False
        while not found:
            if current.get_Val() == item:
                found = True
            else:
                previous = current
                current = current.get_Next()
        if previous == None:
            self.head = current.get_Next()
        else:
            previous.set_Next(current.get_Next())

l = UnorderList()
print(l.isEmpty())
l.add(4)
l.add(5)
l.add(6)
print(l.size())
l.remove(6)
print(l.search(5))
print(l.size())

输出：
True
3
True
2

有序表及其实现

有序表是一种数据项按照其可比性质（如整数大小、字母先后）来决定在列表中的位置；越小的数据项越靠近表头，越靠前。

对比无序表，可以发现节点定义相同，对于isEmpty、size、remove这些方法与节点次序是无关的，所以两者相同；

而search/add方法需要修改。

• 在无序表中，查找需要遍历所有链表；而有序表则不需要，因为当前节点数据项大于所查找的数据后就不需要向后查找了（链表有序排列特性）；
• add方法在添加数据时，需要添加到合适位置，不能仅仅是添加在表头了，保证链表的有序性。

def add(self, item):
    current = self.head
    previous = None
    stop = False

    while current.get_Val() != None and not stop:
        if current.get_Val() > item:
            stop = True
        else:
            previous = current
            current = current.get_Next()
    temp = ListNode(item, None)
    if previous == None:
        temp.set_Next(self.head)
        self.head = temp
    else:
        temp.set_Next(current)
        previous.set_Next(temp)

def search(self, item):
    current = self.head
    found = False
    stop = False
    while current != None and not found and not stop:
        if current.get_Val() == item:
            found = True
        else:
            if current.get_Val() > item:
                stop = True
            else:
                current = current.get_Next()
    return found

总结

1. 对于链表的复杂度，主要看对应的方法是否涉及到链表的遍历；
   isEmpty是O(1);size是O(n);
   search/remove/add（有序）O(n)；