Python数据结构与算法学习：单链表

单链表

1.单链表的结构

链表是一种由一系列节点组成的线性结构，其中每个节点由data域和next域组成，data域用于存储该节点的数据，next域用于存储下一个节点的地址。其在内存中的存储可以是连续的也可以是不连续的。
单链表结构示意图：

2.单链表的基础操作

• isEmpty(): 判断链表是否为空
• size(): 返回链表中元素个数
• insert() : 向链表尾插入一个元素
• insertByOrder(): 按顺序向链表中插入元素
• update(): 更新某一节点信息
• delete(): 删除某一节点
• search(): 查找某个节点
• showList(): 打印链表所有元素

Note：对于单链表而言，在进行一系列操作时，需要注意几种边界情况：
      1）链表为空
      2）链表中只有一个元素
      3）常规情形

3. 单链表的python实现

class Node(object):
    '''节点的定义'''
    def __init__(self,id,data,next_=None):
        self.id =id
        self.data = data
        self.next = next_
    def __str__(self):
       return "Node[id= "+ str(self.id) +",data= "+str(self.data)+"]"
       
class SingleLinkedList(object):
    def __init__(self):
        self.head = Node(0,"") # 链表头节点，不存储任何信息
        self.count = 0      # 记录链表中元素个数，初始化为0
    def isEmpty(self):
        '''判断链表是否为空，若为空，则返回True，
        反之 若不为空，返回False'''
        return self.count == 0
    @property
    def size(self):
        '''返回链表中所有元素个数'''
        return self.count
    def insert(self,newNode):
        '''在链表尾部插入元素'''
        temp = self.head   # 设置临时变量temp指向链表头节点
        while True:
            if temp.next is None: # 找到链表尾部节点
                break
            temp = temp.next   # 临时变量temp后移
        temp.next = newNode  # 将新节点插入链表尾部
        self.count += 1
    def insertByOrder(self,newNode):
        '''按照节点id顺序插入'''
        temp = self.head 
        flag = False  # 标记待插入节点id是否存在，若存在，则提示重复，不能插入
        while True:
            if temp.next is None: # 说明已经遍历到链表尾
                break
            if temp.next.id > newNode.id:  # 找到合适位置
                break
            if temp.next.id == newNode.id: # 重复
                flag = True
                break
            temp = temp.next
        if flag:
            print("节点%d已存在"%newNode.id)
        else:
            newNode.next = temp.next  # 将新节点的next 指向当前节点的next
            temp.next = newNode          # 将当前节点的next指向新节点
            self.count += 1
    def update(self,newNode):
        '''根据id修改某一节点的数据'''
        temp = self.head.next        # 临时变量temp指向第一个存放数据的节点
        flag = False  # 标记是否存在该节点
        if self.isEmpty():
            print("链表为空")
            return
        while True:
            if temp is None:            # 已遍历到链表尾部
                break
            if temp.id == newNode.id: # 表明已找到待修改节点
                flag = True
                break
            temp = temp.next
        if flag:
            temp.data = newNode.data
        else:
            print("节点%d不存在，无法修改"%newNode.id)
    def delete(self,id):
        '''根据id删除对应节点
        此时不能直接找到待删除节点，而是找到待删除节点的前一个节点'''
        temp = self.head
        flag = False
        while True:
            if temp.next is None:
                break
            if temp.next.id == id:
                flag = True
                break
            temp = temp.next
        if flag:
            temp.next = temp.next.next
            self.count -= 1
        else:
            print("待删除节点%d不存在"%id)
    def search(self,id):
        '''根据id查找节点，若节点存在，返回True,否则返回False'''
        if self.isEmpty():
            return False
        temp = self.head
        flag = False
        while True:
            if temp.next is None:
                break
            if temp.next.id == id:
                flag = True
                break
            temp = temp.next
        return flag
    def showList(self):
        if self.isEmpty():
            print("空链表!")
            return
        temp = self.head.next
        while True:
            if temp is None:
                break
            print(temp)
            temp = temp.next

测试代码：

def main():
  node1 = Node(1,"A")
  node2 = Node(2,"B")
  node3 = Node(3,"C")
  node4 = Node(5,"E")
  lst = SingleLinkedList()
  print(lst.size)
  print(lst.isEmpty())
  print(" ===== 向链表尾部插入 =====")
  lst.insert(node1)
  lst.insert(node2)
  lst.insert(node3)
  lst.insert(node4)
  print(lst.size)
  lst.showList()
  print(" ===== id顺序插入 =====")
  node5 = Node(4,"D")
  lst.insertByOrder(node5)
  print(lst.size)
  lst.showList()
  print(" ===== 修改节点数据 =====")
  node6 = Node(4,"F")
  lst.update(node6)
  lst.showList()

  print(" ===== 删除节点 =====")
  lst.delete(1)
  print(lst.size)
  lst.showList()
  print(" ===== 查找节点 =====")
  print(lst.search(1))
  print(lst.search(4))
  print(lst.search(7))
if __name__ == "__main__":
  main()

测试结果：