python数据结构——单向链表

链表 ( Linked List )

• 定义：由许多相同数据类型的数据项按照特定顺序排列而成的线性表.
• 特点：各个数据在计算机中是随机存放且不连续.
• 优点：数据的增删改查都很方便，当有新的数据加入的时候，只需要向系统申请一块新的内存即 可，当数据被删除的时候内存会被回收，整个过程不需要移动大量数据
• 缺点：设计数据库的时候比较困难而且麻烦，查找数据的时候不能像静态数据库那样随机读取，必须按照顺序读取直到找到数据为止.

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单向链表 ( Single Linked List )

• 单向链表（单链表）是链表的一种，其特点是链表的链接方向是单向的，对链表的访问要通过顺序读取从头部开始；链表是使用指针进行构造的列表，又称为结点列表，因为链表是由一个个结点组装起来的，其中每个结点都有指针成员变量指向列表中的下一个结点，链表头的第一个指针叫做链表头指针, 而最后一个数据的节点指向一个空值。

• 表元素域elem用来存放具体的数据。
• 链接域next用来存放下一个节点的位置（python中的标识）
• 变量p指向链表的头节点（首节点）的位置，从p出发能找到表中的任意节点
• 只要链表头指针存在，就可以遍历整个链表，进行增删改查等操作，所以一般情况下尽量不要移动链表头指针的位置。

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节点的创建

用类来实现动态分配产生链表节点的节点，然后在类中定义指针字段，用于指向下一个链表节点。

class SingleNode(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

单向链表的基本操作

• is_empty() 链表是否为空
• length() 链表长度
• travel() 遍历整个链表
• add(item) 链表头部添加元素
• append(item) 链表尾部添加元素
• insert(postion, item) 指定位置添加元素
• remove(item) 删除节点
• search(item) 查找节点是否存在

单向链表的实现

class SingleLinkList(object):
    """单向链表"""
    def __init__(self):
        self.head = None #

    def is_empty(self):
        """判断链表是否为空"""
        return self.head == None

    def length(self):
        """链表长度"""
        # cur初始时指向头节点
        cur = self.head
        count = 0
        # 尾节点指向None，当未到达尾部时
        while cur != None:
            count += 1
            # 将cur后移一个节点
            cur = cur.next
        return count

    def travel(self):
        """遍历链表"""
        cur = self.head
        while cur != None:
            print cur.item,
            cur = cur.next
        print('')

头部添加元素

  def add(self, item):
      """头部添加元素"""
      # 先创建一个保存item值的节点
      node = SingleNode(item)
      # 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

尾部添加元素

    def append(self, item):
        """尾部添加元素"""
        node = SingleNode(item)
        # 先判断链表是否为空，若是空链表，则将_head指向新节点
        if self.is_empty():
            self._head = node
        # 若不为空，则找到尾部，将尾节点的next指向新节点
        else:
            cur = self._head
            while cur.next != None:
                cur = cur.next
            cur.next = node

指定位置添加元素

 def insert(self, pos, item):
      """指定位置添加元素"""
      # 若指定位置pos为第一个元素之前，则执行头部插入
      if pos <= 0:
          self.add(item)
      # 若指定位置超过链表尾部，则执行尾部插入
      elif pos > (self.length()-1):
          self.append(item)
      # 找到指定位置
      else:
          node = SingleNode(item)
          count = 0
          # 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
          while count < (pos-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

删除节点

    def remove(self,item):
        """删除节点"""
        cur = self._head
        pre = None
        while cur != None:
            # 找到了指定元素
            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
                break
            else:
                # 继续按链表后移节点
                pre = cur
                cur = cur.next

查找节点是否存在

    def search(self,item):
        """链表查找节点是否存在，并返回True或者False"""
        cur = self._head
        while cur != None:
            if cur.item == item:
                return True
            cur = cur.next
        return False

测试

if __name__ == "__main__":
    ll = SingleLinkList()
    ll.add(1)
    ll.add(2)
    ll.append(3)
    ll.insert(2, 4)
    print "length:",ll.length()
    ll.travel()
    print ll.search(3)
    print ll.search(5)
    ll.remove(1)
    print "length:",ll.length()
    ll.travel()