python链表怎么定义_Python 数据结构之链表

一、链表简介

链表是一种在存储单元上非连续、非顺序的存储结构。数据元素的逻辑顺序是通过链表中的指针链接次序实现。链表是由一系列的结点组成，结点可以在运行时动态生成。每个结点包含两部分：数据域与指针域。数据域存储数据元素，指针域存储下一结点的指针。

二、单向链表

单向链表也叫单链表，是链表中最简单的形式，它的每个节点包含两个域，一个信息域（元素域）和一个链接域。这个链接指向链表中的下一个节点，而最后一个节点的链接域则指向一个空值。单向链表结构

head 保存首地址，item 存储数据，next 指向下一结点地址。

链表失去了序列的随机读取优点，同时链表增加了指针域，空间开销也较大，但它对存储空间的使用要相对灵活。

列如：有一堆数据[1,2,3,5,6,7]，要在3和5之间插入4, 如果用数组，需要将5之后的数据都往后退一位，然后再插入4，这样非常麻烦，但是如果用链表，我就直接在3和5之间插入4就行。

1. 定义结点

结点的数据结构为数据元素(item)与 指针(next)

class Node(object):

"""单链表的结点"""

def __init__(self, item):

# item存放数据元素

self.item = item

# next是下一个节点的标识

self.next = None

2. 定义链表

链表需要具有首地址指针head。

class SingleLinkList(object):

"""单链表"""

def __init__(self):

self._head = None

示例：创建链表

if __name__ == '__main__':

# 创建链表

link_list = SingleLinkList()

# 创建结点

node1 = Node(1)

node2 = Node(2)

# 将结点添加到链表

link_list._head = node1

# 将第一个结点的next指针指向下一结点

node1.next = node2

# 访问链表

print(link_list._head.item) # 访问第一个结点数据

print(link_list._head.next.item) # 访问第二个结点数据

是不是感觉很麻烦，所以我们要在链表中增加操作方法。is_empty() 链表是否为空

length() 链表长度

items() 获取链表数据迭代器

add(item) 链表头部添加元素

append(item) 链表尾部添加元素

insert(pos, item) 指定位置添加元素

remove(item) 删除节点

find(item) 查找节点是否存在

代码如下：

class SingleLinkList(object):

"""单链表"""

def __init__(self):

self._head = None

def is_empty(self):

"""判断链表是否为空"""

return self._head is None

def length(self):

"""链表长度"""

# 初始指针指向head

cur = self._head

count = 0

# 指针指向None 表示到达尾部

while cur is not None:

count += 1

# 指针下移

cur = cur.next

return count

def items(self):

"""遍历链表"""

# 获取head指针

cur = self._head

# 循环遍历

while cur is not None:

# 返回生成器

yield cur.item

# 指针下移

cur = cur.next

def add(self, item):

"""向链表头部添加元素"""

node = Node(item)

# 新结点指针指向原头部结点

node.next = self._head

# 头部结点指针修改为新结点

self._head = node

def append(self, item):

"""尾部添加元素"""

node = Node(item)

# 先判断是否为空链表

if self.is_empty():

# 空链表，_head 指向新结点

self._head = node

else:

# 不是空链表，则找到尾部，将尾部next结点指向新结点

cur = self._head

while cur.next is not None:

cur = cur.next

cur.next = node

def insert(self, index, item):

"""指定位置插入元素"""

# 指定位置在第一个元素之前，在头部插入

if index <= 0:

self.add(item)

# 指定位置超过尾部，在尾部插入

elif index > (self.length() - 1):

self.append(item)

else:

# 创建元素结点

node = Node(item)

cur = self._head

# 循环到需要插入的位置

for i in range(index - 1):

cur = cur.next

node.next = cur.next

cur.next = node

def remove(self, item):

"""删除节点"""

cur = self._head

pre = None

while cur is not None:

# 找到指定元素

if cur.item == item:

# 如果第一个就是删除的节点

if not pre:

# 将头指针指向头节点的后一个节点

self._head = cur.next

else:

# 将删除位置前一个节点的next指向删除位置的后一个节点

pre.next = cur.next

return True

else:

# 继续按链表后移节点

pre = cur

cur = cur.next

def find(self, item):

"""查找元素是否存在"""

return item in self.items()

示例：操作链表

if __name__ == '__main__':

link_list = SingleLinkList()

# 向链表尾部添加数据

for i in range(5):

link_list.append(i)

# 向头部添加数据

link_list.add(6)

# 遍历链表数据

for i in link_list.items():

print(i, end='\t')

# 链表数据插入数据

link_list.insert(3, 9)

print('\n', list(link_list.items()))

# 删除链表数据

link_list.remove(0)

# 查找链表数据

print(link_list.find(4))

三、循环链表

循环链表结构

单向循环链表为单向链表的变种，链表的最后一个next指向链表头，新增一个循环。

1. 循环链表结点

class Node(object):

"""链表的结点"""

def __init__(self, item):

# item存放数据元素

self.item = item

# next是下一个节点的标识

self.next = None

2. 定义循环链表

class SingleCycleLinkList(object):

def __init__(self):

self._head = None

def is_empty(self):

"""判断链表是否为空"""

return self._head is None

def length(self):

"""链表长度"""

# 链表为空

if self.is_empty():

return 0

# 链表不为空

count = 1

cur = self._head

while cur.next != self._head:

count += 1

# 指针下移

cur = cur.next

return count

def items(self):

""" 遍历链表 """

# 链表为空

if self.is_empty():

return

# 链表不为空

cur = self._head

while cur.next != self._head:

yield cur.item

cur = cur.next

yield cur.item

def add(self, item):

""" 头部添加结点"""

node = Node(item)

if self.is_empty(): # 为空

self._head = node

node.next = self._head

else:

# 添加结点指向head

node.next = self._head

cur = self._head

# 移动结点，将末尾的结点指向node

while cur.next != self._head:

cur = cur.next

cur.next = node

# 修改 head 指向新结点

self._head = node

def append(self, item):

"""尾部添加结点"""

node = Node(item)

if self.is_empty(): # 为空

self._head = node

node.next = self._head

else:

# 寻找尾部

cur = self._head

while cur.next != self._head:

cur = cur.next

# 尾部指针指向新结点

cur.next = node

# 新结点指针指向head

node.next = self._head

def insert(self, index, item):

""" 指定位置添加结点"""

if index <= 0: # 指定位置小于等于0，头部添加

self.add(item)

# 指定位置大于链表长度，尾部添加

elif index > self.length() - 1:

self.append(item)

else:

node = Node(item)

cur = self._head

# 移动到添加结点位置

for i in range(index - 1):

cur = cur.next

# 新结点指针指向旧结点

node.next = cur.next

# 旧结点指针 指向 新结点

cur.next = node

def remove(self, item):

""" 删除一个结点 """

if self.is_empty():

return

cur = self._head

pre = Node

# 第一个元素为需要删除的元素

if cur.item == item:

# 链表不止一个元素

if cur.next != self._head:

while cur.next != self._head:

cur = cur.next

# 尾结点指向 头部结点的下一结点

cur.next = self._head.next

# 调整头部结点

self._head = self._head.next

else:

# 只有一个元素

self._head = None

else:

# 不是第一个元素

pre = self._head

while cur.next != self._head:

if cur.item == item:

# 删除

pre.next = cur.next

return True

else:

pre = cur # 记录前一个指针

cur = cur.next # 调整指针位置

# 当删除元素在末尾

if cur.item == item:

pre.next = self._head

return True

def find(self, item):

""" 查找元素是否存在"""

return item in self.items()

if __name__ == '__main__':

link_list = SingleCycleLinkList()

print(link_list.is_empty())

# 头部添加元素

for i in range(5):

link_list.add(i)

print(list(link_list.items()))

# 尾部添加元素

for i in range(6):

link_list.append(i)

print(list(link_list.items()))

# 添加元素

link_list.insert(3, 45)

print(list(link_list.items()))

# 删除元素

link_list.remove(5)

print(list(link_list.items()))

# 元素是否存在

print(4 in link_list.items())

四、双向链表

双向链表比单向链表更加复杂，它每个节点有两个链接：一个指向前一个节点，当此节点为第一个节点时，指向空值；而另一个链接指向下一个节点，当此节点为最后一个节点时，指向空值。双向链表

head 保存首地址，item 存储数据，next 指向下一结点地址，prev 指向上一结点地址。

1. 定义双向链表结点

class Node(object):

"""双向链表的结点"""

def __init__(self, item):

# item存放数据元素

self.item = item

# next 指向下一个节点的标识

self.next = None

# prev 指向上一结点

self.prev = None

2. 定义双向链表

class BilateralLinkList(object):

"""双向链表"""

def __init__(self):

self._head = None

def is_empty(self):

"""判断链表是否为空"""

return self._head is None

def length(self):

"""链表长度"""

# 初始指针指向head

cur = self._head

count = 0

# 指针指向None 表示到达尾部

while cur is not None:

count += 1

# 指针下移

cur = cur.next

return count

def items(self):

"""遍历链表"""

# 获取head指针

cur = self._head

# 循环遍历

while cur is not None:

# 返回生成器

yield cur.item

# 指针下移

cur = cur.next

def add(self, item):

"""向链表头部添加元素"""

node = Node(item)

if self.is_empty():

# 头部结点指针修改为新结点

self._head = node

else:

# 新结点指针指向原头部结点

node.next = self._head

# 原头部 prev 指向 新结点

self._head.prev = node

# head 指向新结点

self._head = node

def append(self, item):

"""尾部添加元素"""

node = Node(item)

if self.is_empty(): # 链表无元素

# 头部结点指针修改为新结点

self._head = node

else: # 链表有元素

# 移动到尾部

cur = self._head

while cur.next is not None:

cur = cur.next

# 新结点上一级指针指向旧尾部

node.prev = cur

# 旧尾部指向新结点

cur.next = node

def insert(self, index, item):

""" 指定位置插入元素"""

if index <= 0:

self.add(item)

elif index > self.length() - 1:

self.append(item)

else:

node = Node(item)

cur = self._head

for i in range(index):

cur = cur.next

# 新结点的向下指针指向当前结点

node.next = cur

# 新结点的向上指针指向当前结点的上一结点

node.prev = cur.prev

# 当前上一结点的向下指针指向node

cur.prev.next = node

# 当前结点的向上指针指向新结点

cur.prev = node

def remove(self, item):

""" 删除结点 """

if self.is_empty():

return

cur = self._head

# 删除元素在第一个结点

if cur.item == item:

# 只有一个元素

if cur.next is None:

self._head = None

return True

else:

# head 指向下一结点

self._head = cur.next

# 下一结点的向上指针指向None

cur.next.prev = None

return True

# 移动指针查找元素

while cur.next is not None:

if cur.item == item:

# 上一结点向下指针指向下一结点

cur.prev.next = cur.next

# 下一结点向上指针指向上一结点

cur.next.prev = cur.prev

return True

cur = cur.next

# 删除元素在最后一个

if cur.item == item:

# 上一结点向下指针指向None

cur.prev.next = None

return True

def find(self, item):

"""查找元素是否存在"""

return item in self.items()