Python 实现单链表

前言

数据结构中的线性表：分为顺序表和链表。

线性表

线性表（Linear List）是由 n（n≥0）个数据元素（结点）a[0]，a[1]，a[2]…，a[n-1]组成的有限序列。

其中：

• 数据元素的个数 n 定义为表的长度 = "list".length() （"list".length() = 0（表里没有一个元素）时称为空表）
• 将非空的线性表（n>=1）记作：（a[0]，a[1]，a[2]，…，a[n-1]）
• 数据元素 a[i]（0≤i≤n-1）只是个抽象符号，其具体含义在不同情况下可以不同

一个数据元素可以由若干个数据项组成。数据元素称为记录，含有大量记录的线性表又称为文件。这种结构具有下列特点：存在一个唯一的没有前驱的（头）数据元素；存在一个唯一的没有后继的（尾）数据元素；此外，每一个数据元素均有一个直接前驱和一个直接后继数据元素。

顺序表

顺序表是在计算机内存中以数组的形式保存的线性表，是指用一组地址连续的存储单元依次存储数据元素的线性结构。它具有以下特点：

• 长度固定，必须在分配内存之前确定数组的长度。
• 地址空间连续，即允许元素的随机访问。
• 存储密度大，内存中存储的全部是数据元素。
• 要访问特定元素，可以使用索引访问，时间复杂度为 O(1)。
• 要想在顺序表中插入或删除一个元素，由于要满足地址的连续性，涉及到之后所有元素的移动，因此时间复杂度为 O(n)。

链表

链表（Linked list）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)。由于不必须按顺序存储，链表在插入的时候可以达到 O(1) 的复杂度，比另一种线性表顺序表快得多，但是查找一个节点或者访问特定编号的节点则需要 O(n) 的时间，而顺序表相应的时间复杂度分别是 O(logn) 和 O(1)。

应用

单链表的实现

C 语言实现链表是靠指针与结构体实现的，结构体（结点）的尾部是指向下一结点的指针，Python 没有指针，但是 Python 可以通过定义一个类，类中的一个元素就存放在下一个结点，这样也可以实现链表。

节点对象

#节点对象
class Node():
    def __init__(self, val=None):
        self.val = val  #节点数据值
        self.next = None    #相连的下一个节点对象

    def __str__(self):
        return str(self.val)

依靠节点对象，实现单链表的一系列简单操作。

#单链表
class SingleLinkList():
    def __init__(self, node=None):
        self._header = node

    def add(self, var):
        '''
        单链表添加元素
        :param var:传过来的数据
        :return:
        '''
        node = Node(var)  # 将数据封装为节点
        if self._header == None:
            self._header = node
        else:
            cur = self._header
            while cur.next != None:
                cur = cur.next  #移动游标
            cur.next = node

    def traversal(self):
        '''
        遍历输出单链表
        :return:
        '''
        if self._header == None:
            return
        else:
            cur = self._header
            while cur != None:
                print(cur)
                cur = cur.next

    def size(self):
        '''
        链表长度
        :return:
        '''
        count = 0
        if self._header != None:
            cur = self._header
            while cur != None:
                count += 1
                cur = cur.next

        return count

    def update(self, index, val):
        '''
        修改某索引值下的节点数据
        :param index:
        :param val:
        :return:
        '''
        size = self.size()
        node = Node(val)

        if size == 0:
            print('Empty,can\'t update')
            return

        if index < 0 or index > size-1:
            print('Index is error')
            return

        cur = self._header
        for i in range(index+1):
            if index == 0:
                self._header = node
                self._header.next = cur.next
                break
            if i == index:
                pre.next = node
                node.next = cur.next
                break
            pre = cur
            cur = cur.next

    def delete(self, index):
        '''
        根据索引删除链表中的数据（索引从0开始）
        :param index: 索引值
        :return:
        '''
        size = self.size()
        if size == 0:
            print('Empty,can\'t delete')
            return

        if index < 0 or index > size-1:
            print('Index is error')
            return

        cur = self._header
        for i in range(index+1):
            if index == 0:
                self._header = cur.next
                break
            if i == index:
                pre.next = cur.next
                break
            pre = cur
            cur = cur.next
            print(f'pre:{pre},cur:{cur}')

    def reverse(self):
        '''
        单链表反转
        :return:
        '''
        if self._header == None or self.size() == 1:
            return self
        else:
            pre = None  # 让头节点.next先断开，因为反转后之前的头结点变为尾节点，所以该节点.next应为置为None
            cur = self._header  # 从原先的头节点开始
            while cur != None:
                post = cur.next  # 保存下一个节点
                cur.next = pre  # 更换当前节点的next
                pre = cur  # 更新pre，用于下个节点的next
                cur = post  # 按照单链表原先的顺序进行遍历
            self._header = pre  # 逆转后的头节点

if __name__ == '__main__':
    single_link = SingleLinkList()
    single_link.add(3)
    single_link.add(5)
    single_link.add(6)
    single_link.add(7)
    single_link.add(8)
    print("对链表进行遍历")
    single_link.traversal()

    # print("根据索引对链表进行删除（索引从0开始）")
    # index = 4
    # single_link.delete(index)
    # single_link.traversal()

    print("根据索引对链表进行修改（索引从0开始）")
    index = 2
    single_link.update(index,'a')
    single_link.traversal()

    print("对链表进行逆向操作之后")
    single_link.reverse()
    single_link.traversal()