数据结构与算法:1.链表结构

1 Python链表

1.1基本概念

概念：链表是通过一个个节点组成的，每个节点都包含了称为cargo的基本单元，它也是一种**递归**的数据结构。

图示：能保持数据之间的逻辑顺序，但不必按照顺序存储。

和C不一样的是python没有专门的指针概念，在python中每个变量都是指针

链表的删除可以通过修改指针来实现

Python实现链表的方法：

class Node:
    '''
    	data:节点保存的数据
    	_next:保存下一个节点对象
    '''
    def __init__(self,data,pnext=None):
        self.data=data
        self._next=pnext
	

1.2 链表的基本要素

１．节点，每一个节点有两个域：

左：值域，右：针域

２．head节点：特殊节点，永远指向第一个节点

３．tail节点：特殊节点，永远指向最后一个节点

４．None:链表最后节点的针域的指针指向None值,因此也叫接地点.

class Node:
    def __init__(self,data = None, next = None):
        self.data = data
        self.next = next

创建独立节点:

node1 = Node(1)
node2 = Node(2)
node3 = Node(3)

表示节点间关系:

node1.next = node2
node2.next = node3

1.3链表的常用方法

LinkedList() 创建空链表，不需要参数，返回值是空链表
is_empty() 测试链表是否为空，不需要参数，返回值是布尔值
append(data) 在尾部增加一个元素作为列表最后一个，参数是要追加的元素，无返回值
iter() 遍历链表，无参数，无返回值，此方法一般是一个生成器
insert(idx,value) 插入一个元素，参数为插入元素的索引和值
remove(idx)移除1个元素，参数为要移除的元素或索引，并修改链表
size() 返回链表的元素数，不需要参数，返回值是个整数
search(item) 查找链表某元素，参数为要查找的元素或索引，返回是布尔值

链表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)。

1.4链表种类

单向链表、单向循环链表、双向链表、双向循环链表。

两种最简单的链表为单向链表和双向链表。

单向链表通过一个外部的头链接来访问第1项，单向链表的节点被分成两个部分，第一部分保存或显示关于节点的信息，第二部分储存下一节点地址。

单向链表只能向一个方向遍历。单向链表中每个节点只有一个指针。

单向链表结构图:

双向链表结构图：

• 链表无法进行随机访问，只能进行顺序访问。
• 链表分配内存的方式和数组不同，在链表中插入或删除点时，可以直接进行插入或删除，不需要在内存中移动数据项；
• 每一次插入和删除的过程，链表会调整大小，不需要额外的内存代价，也不需要复制数据项。

1.5遍历链表

链表的基本操作：遍历next节点

• 在列表中查找一个元素
• 在列表中插入一个元素
• 从列表中删除一列元素

probe = head
while probe != None:
    probe = probe.next

• 注意:

  ​ 不可以用head来遍历列表，否则会丢失列表的一些节点，可以使用和head相同类型的临时的指针变量，这个变量先初始化为链表结构的head指针，然后控制一个循环。

单向链表遍历为例，流程框图如下：

遍历结束后，temp指针为None，而head指针还是指向第一个节点，遍历在时间上是线性的，并且不需要额外的内存。

遍历单链表结构会访问每一个节点，并且当遇到一个空链接的时候终止，而None就是充当负责停止这个过程的哨兵。

1.6链表运用

class LinkedList:
    def __init__(self):
        self.head = None
        self.tail = None
    
    def is_empty(self):
        return self.head is None
    
    def append(self,data):
        node = Node(data)
        if self.head is None:
            self.head = node
            self.tail = node
        else:
            self.tail.next = node
            self.tail = node
    
    def iter(self):
        if not self.head:
            return
        cur = self.head
        yield cur.data
        while cur.next:
            cur =cur.next
            yield cur.data
            
    def insert(self, idx, value):
        cur = self.head
        cur_idx = 0
        if cur is None:
            raise Exception("The list is an empty")
        while cur_idx < idx - 1:
            cur = cur.next
            if cur is None:
                raise Exception('......')
            cur_idx = cur_idx + 1
        node = Node(value)
        node.next = cur.next
        cur.next = node
        if node.next is None:
            self.tail = node
            
    def remove(self, idx):
        cur = self.head
        cur_idx = 0
        if self.head is None:  # 空链表时
            raise Exception('The list is an empty list')
        while cur_idx < idx-1:
            cur = cur.next
            if cur is None:
                raise Exception('list length less than index')
            cur_idx += 1
        if idx == 0:   # 当删除第一个节点时
            self.head = cur.next
            cur = cur.next
            return
        if self.head is self.tail:   # 当只有一个节点的链表时
            self.head = None
            self.tail = None
            return
        cur.next = cur.next.next
        if cur.next is None:  # 当删除的节点是链表最后一个节点时
            self.tail = cur
 
            
    def size(self):
        current = self.head
        count = 0
        if current is None:
            return 'The list is an empty list'
        while current is not None:
            count += 1
            current = current.next
        return count
    
    def search(self, item):
        current = self.head
        found = False
        while current is not None and not found:
            if current.data == item:
                found = True
            else:
                current = current.next
        return found

验证操作:

if __name__ == '__main__':
    link_list = LinkedList()
    for i in range(150):
        link_list.append(i)
    
 
print(link_list.is_empty())
 
link_list.insert(10, 30)