Python線性表種的單鏈表詳解
1. 線性表簡介
線性表是一種線性結(jié)構(gòu),它是由零個或多個數(shù)據(jù)元素構(gòu)成的有限序列。線性表的特征是在一個序列中,除了頭尾元素,每個元素都有且只有一個直接前驅(qū),有且只有一個直接后繼,而序列頭元素沒有直接前驅(qū),序列尾元素沒有直接后繼。
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中常見的線性結(jié)構(gòu)有數(shù)組、單鏈表、雙鏈表、循環(huán)鏈表等。線性表中的元素為某種相同的抽象數(shù)據(jù)類型。可以是C語言的內(nèi)置類型或結(jié)構(gòu)體,也可以是C++自定義類型。
2. 數(shù)組
數(shù)組在實際的物理內(nèi)存上也是連續(xù)存儲的,數(shù)組有上界和下界。C語言中定義一個數(shù)組:

數(shù)組下標是從0開始的,a[0]對應(yīng)第一個元素。其中,a[0]稱為數(shù)組a的下界,a[6]稱為數(shù)組a的上屆。超過這個范圍的下標使用數(shù)組,將造成數(shù)組越界錯誤。
數(shù)組的特點是:數(shù)據(jù)連續(xù),支持快速隨機訪問。
數(shù)組分為固定數(shù)組與動態(tài)數(shù)組。其中固定數(shù)組的大小必須在編譯時就能夠確認,動態(tài)數(shù)組允許在運行時申請數(shù)組內(nèi)存。復(fù)雜點的數(shù)組是多維數(shù)組,多維數(shù)組實際上也是通過一維數(shù)組來實現(xiàn)的。在C語言中,可以通過malloc來分配動態(tài)數(shù)組,C++使用new。另外,C++的標準模板庫提供了動態(tài)數(shù)組類型vector以及內(nèi)置有固定數(shù)組類型array。
Python中l(wèi)ist可以被認為是封裝好的數(shù)組。
3. 單向鏈表
單向鏈表是鏈表的一種。鏈表由節(jié)點所構(gòu)成,節(jié)點內(nèi)含一個指向下一個節(jié)點的指針,節(jié)點依次鏈接成為鏈表。因此,鏈表這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通常在物理內(nèi)存上是不連續(xù)的。鏈表的通常含有一個頭節(jié)點,頭節(jié)點不存放實際的值,它含有一個指針,指向存放元素的第一個節(jié)點。

class Node(): """ 單鏈表中的節(jié)點應(yīng)該具有兩個屬性:val 和 next。 val 是當前節(jié)點的值, next 是指向下一個節(jié)點的指針/引用。 """ def __init__(self, value): # 存放元素數(shù)據(jù) self.val = value # next是下一個節(jié)點的標識 self.next = None
設(shè)計鏈表的實現(xiàn)
您可以選擇使用單鏈表或雙鏈表。單鏈表中的節(jié)點應(yīng)該具有兩個屬性:val 和 next。val 是當前節(jié)點的值,next 是指向下一個節(jié)點的指針/引用。如果要使用雙向鏈表,則還需要一個屬性 prev 以指示鏈表中的上一個節(jié)點。假設(shè)鏈表中的所有節(jié)點都是 0-index 的。
在鏈表類中實現(xiàn)這些功能:
- get(index):獲取鏈表中第
index個節(jié)點的值。如果索引無效,則返回-1。 - addAtHead(val):在鏈表的第一個元素之前添加一個值為
val的節(jié)點。插入后,新節(jié)點將成為鏈表的第一個節(jié)點。

- addAtTail(val):將值為
val的節(jié)點追加到鏈表的最后一個元素。 - addAtIndex(index,val):在鏈表中的第
index個節(jié)點之前添加值為val的節(jié)點。如果index等于鏈表的長度,則該節(jié)點將附加到鏈表的末尾。如果index大于鏈表長度,則不會插入節(jié)點。 - deleteAtIndex(index):如果索引
index有效,則刪除鏈表中的第index個節(jié)點。

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
"""
@Author : Young
@File : linked_list2.py
@version : 1.0
@Time : 2019/4/5 11:06
Description about this file:
"""
class Node():
"""
單鏈表中的節(jié)點應(yīng)該具有兩個屬性:val 和 next。
val 是當前節(jié)點的值,
next 是指向下一個節(jié)點的指針/引用。
"""
def __init__(self, value):
# 存放元素數(shù)據(jù)
self.val = value
# next是下一個節(jié)點的標識
self.next = None
class SingleLinkList():
def __init__(self, node=None):
# 頭節(jié)點定義為私有變量
self._head = node
def is_empty(self):
# 判斷鏈表是否為空
if self._head is None:
return True
else:
return False
def get(self, index: int) -> int:
"""
獲取鏈表中第 index 個節(jié)點的值。如果索引無效,則返回-1
:param index: 索引值
:return:
"""
if self._head is None:
return -1
cur = self._head
for i in range(index):
if cur.next is None:
return -1
cur = cur.next
return cur.val
def length(self):
"""
cur游標,用來移動遍歷節(jié)點
count用來計數(shù)
:return: 返回鏈表的長度
"""
cur = self._head
count = 0
while cur is not None:
count += 1
cur = cur.next
return count
def travel(self):
"""
遍歷整個鏈表
:return:
"""
cur = self._head
while cur is not None:
print(cur.elem, end=' ')
cur = cur.next
def add_at_head(self, val: int) -> None:
"""
在頭部添加一個節(jié)點
:param val:
:return: None
"""
# 先創(chuàng)建一個保存item值的節(jié)點
node = Node(val)
# 判斷鏈表是否為空
if self._head is None:
self._head = node
else:
# 將新節(jié)點的鏈接域next指向頭節(jié)點,即_head指向的位置
node.next = self._head
# 將鏈表的頭_head指向新節(jié)點
self._head = node
def add_at_tail(self, val: int) -> None or int:
"""
在尾部添加一個節(jié)點
:param item:
:return:
"""
node = Node(val)
# 若鏈表為空,直接將該節(jié)點作為鏈表的第一個元素
if self._head is None:
self._head = node
else:
cur = self._head
while cur.next is not None:
cur = cur.next
cur.next = node
def add_at_index(self, index: int, val: int) -> None:
"""
在指定位置pos添加節(jié)點
pos從0開始
:param index:
:param val:
:return:
"""
# 若指定位置pos為第一個元素之前,則執(zhí)行頭部插入
if index <= 0:
self.add_at_head(val)
# 若指定位置超過鏈表尾部,則執(zhí)行尾部插入
elif index >= self.length():
self.add_at_tail(val)
# 找到指定位置
else:
# pre用來指向指定位置pos的前一個位置pos-1,初始從頭節(jié)點開始移動到指定位置
pre = self._head
count = 0
node = Node(val)
# 在目標節(jié)點的前一位停下
while count < (index - 1):
count += 1
pre = pre.next
# 先將新節(jié)點node的next指向插入位置的節(jié)點
node.next = pre.next
# 將插入位置的前一個節(jié)點的next指向新節(jié)點
pre.next = node
def delete_at_index(self, index: int) -> None or int:
"""
如果索引 index 有效,則刪除鏈表中的第 index 個節(jié)點。
:param index: 對應(yīng)的索引值
:return: -1表示為異常
"""
pre = None
cur = self._head
if index is 0:
self._head = None
for i in range(index):
if cur.next is None:
# raise IndexError("越界")
return -1
pre = cur
cur = pre.next
else:
pre.next = cur.next
def search(self, val: int) -> True or False:
"""
查找節(jié)點是否存在
:param val: 節(jié)點的val值
:return:
"""
cur = self._head
while cur is not None:
if cur.val == val:
return True
else:
cur = cur.next
return False
if __name__ == '__main__':
obj = SingleLinkList()
obj.add_at_head(1)
obj.add_at_tail(3)
obj.add_at_index(1, 2)
obj.travel()
obj.delete_at_index(1)
obj.travel()鏈表與順序表的對比
鏈表失去了順序表隨機讀取的優(yōu)點,同時鏈表由于增加了結(jié)點的指針域,空間開銷比較大,但對存儲空間的使用要相對靈活。
鏈表與順序表的各種操作復(fù)雜度如下所示:
操作 | 鏈表 | 順序表 |
訪問元素 | O(n) | O(1) |
在頭部插入/刪除 | O(1) | O(n) |
在尾部插入/刪除 | O(n) | O(1) |
在中間插入/刪除 | O(n) | O(n) |
到此這篇關(guān)于Python線性表種的單鏈表詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Python單鏈表內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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