用Python实现的数据结构与算法:链表

一、概述

链表(linked list)是一组数据项的集合,其中每个数据项都是一个节点的一部分,每个节点还包含指向下一个节点的链接(参考 《算法:C语言实现》)。

根据结构的不同,链表可以分为单向链表、单向循环链表、双向链表、双向循环链表等。其中,单向链表和单向循环链表的结构如下图所示:

链表类型

二、ADT

这里只考虑单向循环链表ADT,其他类型的链表ADT大同小异。单向循环链表ADT(抽象数据类型)一般提供以下接口:

  • SinCycLinkedlist() 创建单向循环链表
  • add(item) 向链表中插入数据项
  • remove(item) 删除链表中的数据项
  • search(item) 在链表中查找数据项是否存在
  • empty() 判断链表是否为空
  • size() 返回链表中数据项的个数

单向循环链表操作的示意图如下:

单向循环链表操作

三、Python实现

Python的内建类型list底层是由C数组实现的,list在功能上更接近C++的vector(因为可以动态调整数组大小)。我们都知道,数组是连续列表,链表是链接列表,二者在概念和结构上完全不同,因此list不能用于实现链表。

在C/C++中,通常采用“指针+结构体”来实现链表;而在Python中,则可以采用“引用+类”来实现链表。在下面的代码中,SinCycLinkedlist类代表单向循环链表,Node类代表链表中的一个节点:

#!/usr/bin/env python

# -*- coding: utf-8 -*-



class Node:

    def __init__(self, initdata):

        self.__data = initdata

        self.__next = None



    def getData(self):

        return self.__data



    def getNext(self):

        return self.__next



    def setData(self, newdata):

        self.__data = newdata



    def setNext(self, newnext):

        self.__next = newnext



class SinCycLinkedlist:

    def __init__(self):

        self.head = Node(None)

        self.head.setNext(self.head)



    def add(self, item):

        temp = Node(item)

        temp.setNext(self.head.getNext())

        self.head.setNext(temp)



    def remove(self, item):

        prev = self.head

        while prev.getNext() != self.head:

            cur = prev.getNext()

            if cur.getData() == item:

                prev.setNext(cur.getNext())

            prev = prev.getNext()



    def search(self, item):

        cur = self.head.getNext()

        while cur != self.head:

            if cur.getData() == item:

                return True

            cur = cur.getNext()



        return False



    def empty(self):

        return self.head.getNext() == self.head



    def size(self):

        count = 0

        cur = self.head.getNext()

        while cur != self.head:

            count += 1

            cur = cur.getNext()



        return count



if __name__ == '__main__':

    s = SinCycLinkedlist()

    print('s.empty() == %s, s.size() == %s' % (s.empty(), s.size()))



    s.add(19)

    s.add(86)

    print('s.empty() == %s, s.size() == %s' % (s.empty(), s.size()))



    print('86 is%s in s' % ('' if s.search(86) else ' not',))

    print('4 is%s in s' % ('' if s.search(4) else ' not',))

    print('s.empty() == %s, s.size() == %s' % (s.empty(), s.size()))



    s.remove(19)

    print('s.empty() == %s, s.size() == %s' % (s.empty(), s.size()))

运行结果:

$ python sincyclinkedlist.py

s.empty() == True, s.size() == 0

s.empty() == False, s.size() == 2

86 is in s

4 is not in s

s.empty() == False, s.size() == 2

s.empty() == False, s.size() == 1

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