Smaller And Smarter Python数据结构：展开链接链表（超级有趣的链表）

欢迎关注微信公众号：简说Python
关注后回复：1024，可以领取精选编程学习电子书籍。

这两天和几个朋友组了个互相督促学习群，想着督促一下自己学习，也督促自己的原创输出，其实很多时候都是懒，真不是没有东西可以写了，这不，我在我的免费知识星球简说编程里开了个新的标签日常编程问题，后面我会把自己学习工作中遇到的一些问题和解决方法记录到里面，有些可以扩展的点，我会写到微信公众号里。
我定的目标是：

我简单写了个规则，大家说可以，然后，我们就开始吧，我习惯把该做的事情提前一天做（如果有时间的话）。

今天给大家分享的书籍《Python程序员面试算法宝典》第一章第十二小节：链表进行重新排序。

如果你是第一次看，也许，你可以看看本系列下面的文章：
Smaller And Smarter Python数据结构：链表逆转
Smaller And Smarter Python数据结构：删除无序链表重复结点
Smaller And Smarter Python数据结构：链表相加
Smaller And Smarter Python数据结构：链表进行重新排序
Smaller And Smarter Python数据结构：链表倒数第K个元素+检测单链表环
Smaller And Smarter Python数据结构：翻转链表相邻结点
Smaller And Smarter Python数据结构：翻转链表k个相邻结点
Smaller And Smarter Python数据结构：合并两个有序链表
Smaller And Smarter Python数据结构：单链表删除给定结点，只给该结点+判断&找出交叉结点

今日问题

"""
目标：写一段程序，展开链接链表
例如：
输入-> 3 -> 10 -> 15 -> 24
      ｜    ｜    ｜    ｜
      4     11    16   26
      ｜    ｜    ｜    ｜
      7     16    19   36
      ｜ 
      33
输出-> 3 -> 4 -> 7 -> 10 -> 11 -> 15 -> 16 -> 16 -> 19 -> 24 -> 26 -> 33 -> 36

Goal: write a program to expand the linked list
For example:
Input-> 3 -> 10 -> 15 -> 24
        ｜    ｜    ｜    ｜
        4     11    16   26
        ｜    ｜    ｜    ｜
        7     16    19   36
        ｜ 
        33
Output - > 3 - > 4 - > 7 - > 10 - > 11 - > 15 - > 16 - > 16 - > 19 - > 24 - > 26 - > 33 - > 36
"""

有趣的问题：怎么初始化和遍历这样一个链表

# 初始化特殊链表
@staticmethod
def init_snode(right_data, down_data):
    # 初始化一个头指针
    head = SNode("head")
    cur = head
    for i in range(len(right_data)):
        right_node = SNode(right_data[i])  # right,主干
        right_node.next = ListOperation.init_list(down_data[i]).next  # down
        cur.right = right_node
        cur = right_node  # 相当于 cur = cur.next，后移
    return head

# 遍历特殊链表
@staticmethod
def ergodic_s_list(head):
    right_node = head.right
    while right_node:
        print(right_node.data, end=" ")
        down_node = right_node.next
        while down_node:
            print(down_node.data, end=" ")
            down_node = down_node.next
        print()
        print("*************************")
        right_node = right_node.right

你能看懂吗？
1、 初始化时，输入两个参数

def init_snode(right_data, down_data)
right_data : 主干道结点数据域（right方向），列表类型。
down_data ： down方向链表数据域，列表类型。
初始化right方向链表同时，初始化down方向链表，
每个right结点对应一个down方向链表。

2、 遍历时，输入一个参数

def ergodic_s_list(head)
head ：特殊链表的头结点（right方向头结点）
遍历rigth方向链表，每遍历到一个right结点，
就按该结点遍历down方向链表。

解题前准备

首先我们写好链表的基本操作，在a_0_base.py文件中，目前包含对链表的定义类，初始化函数，遍历函数。（带头结点）

# -*- coding: utf-8 -*-
"""
@author = 老表
@date = 2019-10-19
@个人微信公众号 : 简说Python
"""


import random

# 链表数据结构定义
class ListNode:
    def __init__(self, x):
        self.data = x
        self.next = None

# 特殊链表结构定义
class SNode:
    def __init__(self, x):
        self.data = x
        self.right = None
        self.next = None


class ListOperation:

    # 根据链表数据初始化链表，带头结点
    @staticmethod
    def init_list(n_list):
        # 初始化一个头指针
        head = ListNode("head")
        cur = head
        for i in n_list:
            node = ListNode(i)
            cur.next = node
            cur = node  # 相当于 cur = cur.next，后移
        return head

    # 根据链表数据初始化链表，不带头结点
    @staticmethod
    def init_list_n(n_list):
        head = ListNode(n_list[0])
        cur = head
        for i in range(1, len(n_list)):
            node = ListNode(n_list[i])
            cur.next = node
            cur = node  # 相当于 cur = cur.next，后移
        return head

    # 根据链表数据初始化一个有环的链表
    @staticmethod
    def init_ring_list(n_list):
        # 初始化一个头指针
        head = ListNode("head")
        cur = head
        for i in n_list:
            node = ListNode(i)
            cur.next = node
            cur = node  # 相当于 cur = cur.next，后移
        cur.next = head.next.next.next.next  # 随意的，让最后一个结点指向第四个结点
        return head

    # 遍历链表,不带头结点
    @staticmethod
    def ergodic_list_n(head):
        # print(head.data)
        cur = head
        while cur:
            print(cur.data, end="   ")
            cur = cur.next

    # 遍历链表
    @staticmethod
    def ergodic_list(head):
        # print(head.data)
        cur = head.next
        while cur:
            print(cur.data)
            cur = cur.next

    # 获取链表长度
    @staticmethod
    def get_len_list(head):
        cur = head.next
        len_list = 0
        while cur:
            len_list = len_list + 1
            cur = cur.next
        return len_list

    # 随机获取一个结点
    @staticmethod
    def get_random_node(head):
        cur = head.next
        i = 0
        len_list = ListOperation.get_len_list(head)
        while cur.next:
            if i == random.randint(0, len_list-1):
                break
            cur = cur.next
        return cur

    # 制作一个随机交叉链表
    @staticmethod
    def get_random_link(n_list, head1):
        p = ListOperation.get_random_node(head1)  # 获取一个链表1的随机结点
        # 初始化一个头指针
        head = ListNode("head")
        cur = head
        for i in n_list:
            node = ListNode(i)
            cur.next = node
            cur = node  # 相当于 cur = cur.next，后移
        cur.next = p  # 将链表1的从p结点开始的后半部分，添加到当前链表后
        # 当前链表与链表1相交
        return head  # 返回新创建的链表头结点

    # 初始化特殊链表
    @staticmethod
    def init_snode(right_data, down_data):
        # 初始化一个头指针
        head = SNode("head")
        cur = head
        for i in range(len(right_data)):
            right_node = SNode(right_data[i])  # right,主干
            right_node.next = ListOperation.init_list(down_data[i]).next  # down
            cur.right = right_node
            cur = right_node  # 相当于 cur = cur.next，后移
        return head

    # 遍历特殊链表
    @staticmethod
    def ergodic_s_list(head):
        right_node = head.right
        while right_node:
            print(right_node.data, end=" ")
            down_node = right_node.next
            while down_node:
                print(down_node.data, end=" ")
                down_node = down_node.next
            print()
            print("*************************")
            right_node = right_node.right

解题

开始程序前需提前导入前面写好的链表基本操作包和结点数据结构，在Linked_list的a_0_base.py中。

from Linked_list.a_0_base import ListOperation

思路分析

"""
Method One : 归并排序（递归）法

核心思想：先遍历主干结点（right方向），递归过去，到尾结点，
然后回溯，主干结点相当于down方向的头结点，依次从后将相邻的
两个链表合并成一个有序链表，然后返回，继续合并，直至回溯结
束。

时间复杂度：O(N)
空间复杂度：O(1)
"""

辅助函数：合并两个有序链表

# 辅助函数：合并两个有序链表
def merge_list(l1, l2):
    # 如果有一个链表为空，
    # 则直接返回另一个链表
    if not l1:
        return l2
    if not l2:
        return l1
    # 判断两个链表结点数据值大小
    if l1.data < l2.data:  # 链表2的结点数据值大
        result = l1  # 链表1在前
        l1.next = merge_list(l1.next, l2)  # 递归遍历，把小结点插到后面
    else:  # 链表2的结点数据值大
        result = l2   # 链表2在前
        l2.next = merge_list(l1, l2.next)  # 递归遍历，把小结点插到后面
    return result  # 返回小结点

主功能函数

def expand_link_list_one(head):
    # 空链表直接返回头结点
    if not head or not head.right:
        return head
    root = head # 记录当前头结点（right线）
    # 递归处理主干链表
    root.right = expand_link_list_one(root.right)
    # 把root结点对应的链表与右边的链表合并
    root = merge_list(root, root.right)  # 合并两个有序链表
    return root

测试代码

# 当然，也许还有别的方法，比如建一个辅助的链表
# 欢迎你说出你的想法

# 程序入口，测试函数功能
if __name__ == "__main__":
    # 第一步：初始化特殊链表
    # 1.初始化特殊链表主干（right走向）
    right_data = [3, 10, 15, 24]  # 主干道数据，right
    list_data1 = [4, 7, 33]  # 链表1初始化数据，down
    list_data2 = [11, 16]  # 链表2初始化数据，down
    list_data3 = [16, 19]  # 链表3初始化数据，down
    list_data4 = [26, 36]  # 链表4初始化数据，down
    down_data = [list_data1, list_data2, list_data3, list_data4]  # down data
    head = ListOperation.init_snode(right_data, down_data)  # 初始化特殊链表，带头结点
    ListOperation.ergodic_s_list(head)  # 未操作前，遍历打印特殊链表
    print("___________________________")
    result = expand_link_list_one(head.right)  # 测试方法一
    head.next = result
    ListOperation.ergodic_list(head)  # 操作后，打印链表

本文代码思路部分来自书籍《Python程序员面试宝典》，书中部分代码有问题或未提供代码，文中已经修改过了，并添加上了丰厚的注释，方便大家学习，后面我会把所有内容开源放到Github上，包括代码，思路，算法图解（手绘或者电脑画），时间充裕的话，会录制视频。
希望大家多多支持。

大家好，我是老表
觉得本文不错的话，转发、留言、点赞，是对我最大的支持。

欢迎关注微信公众号：简说Python
关注后回复：1024，可以领取精选编程学习电子书籍。