Python实现的数据结构与算法之链表详解

时间：2022-09-21 15:39:55

一、概述

链表（linked list）是一组数据项的集合，其中每个数据项都是一个节点的一部分，每个节点还包含指向下一个节点的链接。
根据结构的不同，链表可以分为单向链表、单向循环链表、双向链表、双向循环链表等。其中，单向链表和单向循环链表的结构如下图所示：

Python实现的数据结构与算法之链表详解

二、ADT

这里只考虑单向循环链表ADT，其他类型的链表ADT大同小异。单向循环链表ADT（抽象数据类型）一般提供以下接口：

① SinCycLinkedlist() 创建单向循环链表
② add(item) 向链表中插入数据项
③ remove(item) 删除链表中的数据项
④ search(item) 在链表中查找数据项是否存在
⑤ empty() 判断链表是否为空
⑥ size() 返回链表中数据项的个数

单向循环链表操作的示意图如下：

Python实现的数据结构与算法之链表详解

三、Python实现

Python的内建类型list底层是由C数组实现的，list在功能上更接近C++的vector（因为可以动态调整数组大小）。我们都知道，数组是连续列表，链表是链接列表，二者在概念和结构上完全不同，因此list不能用于实现链表。
在C/C++中，通常采用“指针+结构体”来实现链表；而在Python中，则可以采用“引用+类”来实现链表。在下面的代码中，SinCycLinkedlist类代表单向循环链表，Node类代表链表中的一个节点：

# -*- coding: utf-8 -*-

class Node:

  def __init__(self, initdata):

    self.__data = initdata

    self.__next = None

  def getData(self):

    return self.__data

  def getNext(self):

    return self.__next

  def setData(self, newdata):

    self.__data = newdata

  def setNext(self, newnext):

    self.__next = newnext

class SinCycLinkedlist:

  def __init__(self):

    self.head = Node(None)

    self.head.setNext(self.head)

  def add(self, item):

    temp = Node(item)

    temp.setNext(self.head.getNext())

    self.head.setNext(temp)

  def remove(self, item):

    prev = self.head

    while prev.getNext() != self.head:

      cur = prev.getNext()

      if cur.getData() == item:

        prev.setNext(cur.getNext())

      prev = prev.getNext()

  def search(self, item):

    cur = self.head.getNext()

    while cur != self.head:

      if cur.getData() == item:

        return True

      cur = cur.getNext()

    return False

  def empty(self):

    return self.head.getNext() == self.head

  def size(self):

    count = 0

    cur = self.head.getNext()

    while cur != self.head:

      count += 1

      cur = cur.getNext()

    return count

if __name__ == '__main__':

  s = SinCycLinkedlist()

  print('s.empty() == %s, s.size() == %s' % (s.empty(), s.size()))

  s.add(19)

  s.add(86)

  print('s.empty() == %s, s.size() == %s' % (s.empty(), s.size()))

  print('86 is%s in s' % ('' if s.search(86) else ' not',))

  print('4 is%s in s' % ('' if s.search(4) else ' not',))

  print('s.empty() == %s, s.size() == %s' % (s.empty(), s.size()))

  s.remove(19)

  print('s.empty() == %s, s.size() == %s' % (s.empty(), s.size()))

运行结果：

s.empty() == True, s.size() == 0

s.empty() == False, s.size() == 2

86 is in s

4 is not in s

s.empty() == False, s.size() == 2

s.empty() == False, s.size() == 1

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