#yyds干货盘点#Python线性表-单链表

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1. 线性表简介

线性表是一种线性结构，它是由零个或多个数据元素构成的有限序列。线性表的特征是在一个序列中，除了头尾元素，每个元素都有且只有一个直接前驱，有且只有一个直接后继，而序列头元素没有直接前驱，序列尾元素没有直接后继。

数据结构中常见的线性结构有数组、单链表、双链表、循环链表等。线性表中的元素为某种相同的抽象数据类型。可以是C语言的内置类型或结构体，也可以是C++自定义类型。

2. 数组

数组在实际的物理内存上也是连续存储的，数组有上界和下界。C语言中定义一个数组：

数组下标是从0开始的，a[0]对应第一个元素。其中，a[0]称为数组a的下界，a[6]称为数组a的上届。超过这个范围的下标使用数组，将造成数组越界错误。

数组的特点是：数据连续，支持快速随机访问。

数组分为固定数组与动态数组。其中固定数组的大小必须在编译时就能够确认，动态数组允许在运行时申请数组内存。复杂点的数组是多维数组，多维数组实际上也是通过一维数组来实现的。在C语言中，可以通过malloc来分配动态数组，C++使用new。另外，C++的标准模板库提供了动态数组类型vector以及内置有固定数组类型array。

Python中list可以被认为是封装好的数组。

3. 单向链表

单向链表是链表的一种。链表由节点所构成，节点内含一个指向下一个节点的指针，节点依次链接成为链表。因此，链表这种数据结构通常在物理内存上是不连续的。链表的通常含有一个头节点，头节点不存放实际的值，它含有一个指针，指向存放元素的第一个节点。

class Node(): """ 单链表中的节点应该具有两个属性：val 和 next。 val 是当前节点的值， next 是指向下一个节点的指针/引用。 """ def __init__(self, value): # 存放元素数据 self.val = value # next是下一个节点的标识 self.next = None

设计链表的实现

您可以选择使用单链表或双链表。单链表中的节点应该具有两个属性：​​val​​​ 和 ​​next​​​。​​val​​​ 是当前节点的值，​​next​​​ 是指向下一个节点的指针/引用。如果要使用双向链表，则还需要一个属性 ​​prev​​ 以指示链表中的上一个节点。假设链表中的所有节点都是 0-index 的。

在链表类中实现这些功能：

get(index)：获取链表中第 ​​index​​​ 个节点的值。如果索引无效，则返回​​-1​​。addAtHead(val)：在链表的第一个元素之前添加一个值为 ​​val​​ 的节点。插入后，新节点将成为链表的第一个节点。

addAtTail(val)：将值为 ​​val​​ 的节点追加到链表的最后一个元素。addAtIndex(index,val)：在链表中的第 ​​index​​​ 个节点之前添加值为 ​​val​​​ 的节点。如果 ​​index​​​ 等于链表的长度，则该节点将附加到链表的末尾。如果 ​​index​​ 大于链表长度，则不会插入节点。deleteAtIndex(index)：如果索引 ​​index​​​ 有效，则删除链表中的第 ​​index​​ 个节点。

#!/usr/bin/env python# -*- coding: utf-8 -*-"""@Author : Young@File : linked_list2.py@version : 1.0@Time : 2019/4/5 11:06Description about this file:"""class Node(): """ 单链表中的节点应该具有两个属性：val 和 next。 val 是当前节点的值， next 是指向下一个节点的指针/引用。 """ def __init__(self, value): # 存放元素数据 self.val = value # next是下一个节点的标识 self.next = Noneclass SingleLinkList(): def __init__(self, node=None): # 头节点定义为私有变量 self._head = node def is_empty(self): # 判断链表是否为空 if self._head is None: return True else: return False def get(self, index: int) -> int: """ 获取链表中第 index 个节点的值。如果索引无效，则返回-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游标，用来移动遍历节点 count用来计数 :return: 返回链表的长度 """ cur = self._head count = 0 while cur is not None: count += 1 cur = cur.next return count def travel(self): """ 遍历整个链表 :return: """ cur = self._head while cur is not None: print(cur.elem, end=' ') cur = cur.next def add_at_head(self, val: int) -> None: """ 在头部添加一个节点 :param val: :return: None """ # 先创建一个保存item值的节点 node = Node(val) # 判断链表是否为空 if self._head is None: self._head = node else: # 将新节点的链接域next指向头节点，即_head指向的位置 node.next = self._head # 将链表的头_head指向新节点 self._head = node def add_at_tail(self, val: int) -> None or int: """ 在尾部添加一个节点 :param item: :return: """ node = Node(val) # 若链表为空，直接将该节点作为链表的第一个元素 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添加节点 pos从0开始 :param index: :param val: :return: """ # 若指定位置pos为第一个元素之前，则执行头部插入 if index <= 0: self.add_at_head(val) # 若指定位置超过链表尾部，则执行尾部插入 elif index >= self.length(): self.add_at_tail(val) # 找到指定位置 else: # pre用来指向指定位置pos的前一个位置pos-1，初始从头节点开始移动到指定位置 pre = self._head count = 0 node = Node(val) # 在目标节点的前一位停下 while count < (index - 1): count += 1 pre = pre.next # 先将新节点node的next指向插入位置的节点 node.next = pre.next # 将插入位置的前一个节点的next指向新节点 pre.next = node def delete_at_index(self, index: int) -> None or int: """ 如果索引 index 有效，则删除链表中的第 index 个节点。 :param index: 对应的索引值 :return: -1表示为异常 """ 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: """ 查找节点是否存在 :param val: 节点的val值 :return: """ cur = self._head while cur is not None: if cur.val == val: return True else: cur = cur.next return Falseif __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()

链表与顺序表的对比

链表失去了顺序表随机读取的优点，同时链表由于增加了结点的指针域，空间开销比较大，但对存储空间的使用要相对灵活。

链表与顺序表的各种操作复杂度如下所示：

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