Python数据结构之循环单链表

Python数据结构之循环单链表

前言

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​　　单链表的另一常见变形是循环单链表（简称循环链表），其中最后一个结点的next域不用None，而是指向表的第一个结点，但是如果仔细考虑链表对象记录表尾结点更加重要．这样可以同时支持时间复杂度Ｏ(1)的表头/表尾插入和删除操作．

循环链表的基本操作

创建结点

• 代码

  class Node:
      """
      定义node节点
      """ 
      count = 0  # 记录创建的节点数目
  
      def __init__(self, elem):
          self.elem = elem
          self.next = None
          Node.count += 1
  
      def __del__(self):
          Node.count -= 1
  

初始化循环单链表

• 代码

class CSlist:
    """
    创建循环单链表
    """

    def __init__(self):
        self.__head = None

    def is_empty(self):
        """判断空"""
        
        return self.__head is None

获得结点个数

• 代码

      @staticmethod
      def get_length():
          """获得数据的长度"""
          
          print("创建的数据节点数目为：", Node.count)
          return Node.count
  

头插法

• 图示

• 代码

      def add_head(self, elem):
          """头插法"""
  
          #  1. 申请插入节点
          node = Node(elem)
  
          #  2. 判断是否只有头结点
          if self.is_empty():
              self.__head = node
              node.next = self.__head
          else:
              cur = self.__head  # 循环遍历结点
              #  3.找到链表的结尾
              while cur.next != self.__head:
                  cur = cur.next
              #  4. 插入node 节点
              node.next = self.__head
              cur.next = node
              self.__head = node  # 重新找到头结点
  

尾插法

• 图示

• 代码

      def add_rear(self, elem):
          """尾插法"""
          
          #  1. 申请节点
          node = Node(elem)
  
          #  2.判断节点是否为单一节点
          if self.is_empty():
              self.__head = node
              node.next = self.__head
          else:
              cur = self.__head　# 用作遍历
              while cur.next != self.__head:
                  cur = cur.next
              cur.next = node
              node.next = self.__head
  

遍历循环链表

• 代码

      def travel(self):
          """遍历整个链表"""
  
          #  1.判断是否为空节点
          if self.is_empty():
              print("空链表！")
              return 0
          #  2. 设置遍历指针
          cur = self.__head
          while cur.next != self.__head:  # 保证遍历不会进入死循环
              print("Current data is :", cur.elem)
              cur = cur.next
          print("Current data is :", cur.elem)  # 输出最后一个结点元素
  

指定位置插入数据结点

• 代码

      def insert_data(self,pos ,elem):
          """插入数据"""
          
          #  0.判断插入位置是否合法
          index = self.get_length()
          if (pos < 1) or (int(pos) > index):
              print("插入位置错误！")
              return
          
          #  1.插入点在链表的开头（头插法）
          if pos == 1
              self.add_head(elem)
              
          #  2.插入点在链表的末尾（尾插法）
          elif pos == (self.get_length()):
              self.add_rear(elem)
              
          #  3.插入点在链表的中间
          else:
              cur = self.__head
              node = Node(elem)
              
              # 3.1 查找指点位置
              while pos:
                  pos -= 1
                  cur = cur.next
                  
              # 3.2 插入节点
              node.next = cur.next
              cur.next = node
  

删除指定元素数据

• 代码

      def del_data(self, elem):
          """删除指定数据的节点"""
  
          #  1. 判断是否为节点
          if self.is_empty():
              print("请先添加数据！！！")
              return
          
          # 寻找指定数据的节点
          cur = self.__head
          if cur.elem == elem:
              #  2.0 直接在第一次就找到了数据节点
              #  此时先要删除头结点
              #  2.1判断数据是否只有头结点
              if cur.next != self.__head:
                  # 2.2 第一个节点非空
                  while cur.next != self.__head:
                      cur = cur.next
                  #  2.3 删除节点
                  self.__head = self.__head.next
                  cur.next = self.__head
              else:
                  self.__head = None
          else:
              # 3.0 在中间找到元素节点和尾部找到节点
              # 3.1 遍历
              pre = self.__head
              while cur.next != self.__head:
                  if cur.elem == elem:
                      pre.next = cur.next
                      #  继续寻找下一个可以删除的结点
                      pre = cur
                      cur = cur.next
                  else:
                      pre = cur
                      cur = cur.next
              # 3.2 此时退出层循环,在尾部查找数据
              if cur.elem == elem:
                  pre.next = self.__head
              else:
                  print("所查找的数据未存入！！！")
                  return
  

测试模块

• 测试代码

  class TestModule:
      """
      测试模块
      """
      def test_add(self):
          """测试插入模块"""
  
          print("插入数据显示：")
          clist.add_head(12)
          clist.add_head(45)
          clist.add_head(455)
          clist.add_rear(100)
          clist.add_rear(45)
          clist.travel()
  
      def test_del(self):
          """测试删除模块"""
  
          print("原始数据：")
          clist.travel()
          clist.del_data(45)
          print("删除指定元素：")
          clist.travel()
          print("删除第一个结点元素：")
          clist.del_data(455)
          clist.travel()
          print("删除最后一个结点元素：")
          clist.del_data(100)
          clist.travel()
          print("删除链表最后一个元素：")
          clist.del_data(12)
          clist.travel()
  

• 测试插入模块结果

  插入数据显示：
  Current data is : 455
  Current data is : 45
  Current data is : 12
  Current data is : 100
  Current data is : 45
  

• 测试删除模块结果

  原始数据：
  Current data is : 455
  Current data is : 45
  Current data is : 12
  Current data is : 100
  Current data is : 45
  删除指定元素（45）：
  Current data is : 455
  Current data is : 12
  Current data is : 100
  删除第一个结点元素：
  Current data is : 12
  Current data is : 100
  删除最后一个结点元素：
  Current data is : 12
  删除链表最后一个元素：
  空链表！
  

总结

​ 　　循环单链表支持高效的表首端/尾端插入和首端弹出元素，在这种表上扫描，需要特别注意结束判断的问题．尤其是在插入和删除操作时，特别要注意一些特定边界值的选定，如果在编写代码时，出现了一些边界值的错误，一定要善于运用Debug调试，这样能使的代码更加具有稳定性．代码链接如下：

Python数据结构之基本循环单链表