python实现 双向循环链表

最近身边的朋友在研究用python来实现数据结构。遇到一个问题就是双向循环链表的实现，改指向的时候总是发蒙。

我自己尝实现了一个python的双向循环链表。附上代码，希望对大家有帮助。

如果不懂什么是双向循环链表的伙伴，需要补习一下数据结构的基础之后哦~~~

在python当中 用一个类Node 来实现链表的节点，节点数据有三个变量：

　　prev：前驱指针： 用于指向当前节点前一个节点

　　next: 后继指针  用于指向当前节点后一个节点

　　item： 值， 用于存储该节点要存的数值

　　当前节点的前一个节点我们叫他前驱，后一个节点我们叫他后继。

在链表类当中，我们有一个变量head是链表的头指针

我们拿着链表的头head，就可以对他进行一些列操作：（ 由于是双向循环链表，修改指针特别容易出错，我尽量说的细致，方便大家参考）

判断空：  is_empty()

　　如果头指针head没有指向则链表是空的 否则不是空的

在头部添加元素: add(item)

　　1 新建一个节点 里面的值是item。

　　2 放入头部：

　　　　2.1 如果链表是空的，node的next和prev都指向自己，然后head再指向node

在尾部添加元素: append(item)

　　1 创建一个新节点node 里面的值是item

　　2 放入尾部：

　　　　2.1 如果链表空，则执行头部添加add就可以

　　　　2.2 链表非空：

　　　　　　2.2.1 node的next指向head

　　　　　　2.2.2 node的prev指向head的prev

　　　　　　2.2.3 head的prev元素的next指向node

　　　　　　2.2.4 head的prev指向改为node

　　　　　　2.2.5 head指向node  更换了头部

指定位置添加元素： insert( pos , item )

　　　1 新建一个节点node 里面的值是item

　　　2 找到合适的位置插进去：

　　　　　　2.1 如果pos <= 0 还小，那就执行头插方法 add()

　　　　　　2.2 如果pos >= 链表长度, 那就执行尾部插入 append()

　　　　　　2.3 如果pos位置在链表的中间：

　　　　　　　　2.3.1 定义一个临时变量temp 按照传入的pos找到要插入的位置的前一个元素

　　　　　　　　2.3.2 node的prev设为temp,node的next设为temp的next

　　　　　　　　2.3.3 temp的next指向的节点的prev改为node

　　　　　　　　2.3.4 temp的next改为node

得到链表长度： length()

　　　1 我们设置一个临时变量temp初始设为head ， 设置一个计数器count 初始为 0

　　　2 令count自增1 然后temp改指向自己的下一个元素 一直到temp遇到None 为止，temp到了链表的最后一个元素

　　　　通过这样的方式，统计出一共有多少个节点返回

遍历链表数据： travelji()

　　　1 设置一个临时变量temp初始化设为head

　　　2 temp 每次输出自己指向元素的值，然后在指向自己的下一个元素，一直temp为None 说明到了列表的尾部

删除链表元素： remove( item )

　　1 开启temp临时变量 初始化为head ，

　　2  temp不断指向自己的下一个元素，每次指向一个元素都检查当前值是不是item，如果找到item则删除它返回True，如果没找到就到尾部了就返回False

　　　　2.1 删除过程：

　　　　　　2.1.1 temp的前一个元素的next改为temp的后一个元素

　　　　　　2.1.2 temp的后一个元素的prev改为前一个元素

查询是否有元素：search()

　　设置一个临时变量temp从head开始，不断指向自己下一个，每次都检查一下自己的值如果和item相同返回True结束

　　如果temp变成None 则到尾部了都没找到 返回False

上代码！

 #链表的节点
 class Node(object):
     def __init__(self , item ):
         self.item = item    #节点数值
         self.prev = None    #用于指向前一个元素
         self.next = None    #用于指向后一个元素
 #双向循环链表
 class DoubleCircleLinkList(object):
     def __init__(self):
         self.__head = None  #初始化的时候头节点设为空、
     #判断链表是否为空，head为None 的话则链表是空的
     def is_empty(self):
         return self.__head is None
     #头部添加元素的方法
     def add(self,item):
         node = Node(item)   #新建一个节点node 里面的值是item
         # 如果链表是空的，则node的next和prev都指向自己(因为是双向循环)，head指向node
         if self.is_empty():
             self.__head = node
             node.next = node
             node.prev = node
         # 否则链表不空
         else:
             node.next = self.__head #node的next设为现在的head
             node.prev = self.__head.prev #node的prev 设为现在head的prev
             self.__head.prev.next = node  #现在head的前一个元素的next设为node
             self.__head.prev = node #现在head的前驱 改为node
             self.__head = node #更改头部指针
     #尾部添加元素方法
     def append(self , item):
         #如果当前链表是空的 那就调用头部插入方法
         if self.is_empty():
             self.add(item)
         #否则链表不为空
         else :
             node = Node(item)   #新建一个节点node
             #因为是双向循环链表，所以head的prev其实就是链表的尾部
             node.next = self.__head #node的下一个设为头
             node.prev = self.__head.prev    #node的前驱设为现在头部的前驱
             self.__head.prev.next = node    #头部前驱的后继设为node
             self.__head.prev = node #头部自己的前驱改为node
     #获得链表长度 节点个数
     def length(self):
         #如果链表是空的 就返回0
         if self.is_empty():
             return 0
         #如果不是空的
         else:
             cur = self.__head   #临时变量cur表示当前位置 初始化设为头head
             count = 1   #设一个计数器count，cur每指向一个节点，count就自增1  目前cur指向头，所以count初始化为1
             #如果cur.next不是head，说明cur目前不是最后一个元素，那么count就1，再让cur后移一位
             while cur.next is not self.__head:
                 count += 1
                 cur = cur.next
             #跳出循环说明所有元素都被累加了一次 返回count就是一共有多少个元素
             return count
     #遍历链表的功能
     def travel(self):
         #如果当前自己是空的，那就不遍历
         if self.is_empty():
             return
         #链表不空
         else :
             cur = self.__head   #临时变量cur表示当前位置，初始化为链表的头部
             #只要cur的后继不是头说明cur不是最后一个节点，我们就输出当前值，并让cur后移一个节点
             while cur.next is not self.__head:
                 print( cur.item,end=" " )
                 cur = cur.next
             #当cur的后继是head的时候跳出循环了，最后一个节点还没有打印值 在这里打印出来
             print( cur.item )

     #置顶位置插入节点
     def insert(self, pos , item ):
         #如果位置<=0 则调用头部插入方法
         if pos <= 0:
             self.add(item)
         #如果位置是最后一个或者更大 就调用尾部插入方法
         elif pos > self.length() - 1 :
             self.append(item)
         #否则插入位置就是链表中间
         else :
             index = 0   #设置计数器，用于标记我们后移了多少步
             cur = self.__head   #cur标记当前所在位置
             #让index每次自增1 ，cur后移，当index=pos-1的时候说明cur在要插入位置的前一个元素，这时候停下
             while index < pos - 1 :
                 index += 1
                 cur = cur.next
             #跳出循环，cur在要插入位置的前一个元素，将node插入到cur的后面
             node = Node(item) #新建一个节点
             node.next = cur.next    #node的后继设为cur的后继
             node.prev = cur #node的前驱设为cur
             cur.next.prev = node    #cur后继的前驱改为node
             cur.next = node #cur后继改为node
     #删除节点操作
     def remove(self,item):
         #如果链表为空 直接不操作
         if self.is_empty():
             return
         #链表不为空
         else:
             cur = self.__head   #临时变量标记位置，从头开始
             #如果头结点就是 要删除的元素
             if cur.item == item:
                 #如果只有一个节点 链表就空了 head设为None
                 if self.length() == 1:
                     self.__head = None
                 #如果多个元素
                 else:
                     self.__head = cur.next #头指针指向cur的下一个
                     cur.next.prev= cur.prev #cur后继的前驱改为cur的前驱
                     cur.prev.next = cur.next #cur前驱的后继改为cur的后继
             #否则 头节点不是要删除的节点 我们要向下遍历
             else:
                 cur = cur.next  #把cur后移一个节点
                 #循环让cur后移一直到链表尾元素位置，期间如果找得到就删除节点，找不到就跳出循环，
                 while cur is not self.__head:
                     #找到了元素cur就是要删除的
                     if cur.item == item:
                         cur.prev.next = cur.next    #cur的前驱的后继改为cur的后继
                         cur.next.prev = cur.prev    #cur的后继的前驱改为cur的前驱
                     cur = cur.next
     #搜索节点是否存在
     def search(self , item):
         #如果链表是空的一定不存在
         if self.is_empty():
             return False
         #否则链表不空
         else:
             cur = self.__head   #设置临时cur从头开始
             # cur不断后移，一直到尾节点为止
             while cur.next is not self.__head:
                 #如果期间找到了就返回一个True 结束运行
                 if cur.item == item:
                     return True
                 cur = cur.next
             # 从循环跳出来cur就指向了尾元素 看一下为元素是不是要找的 是就返回True
             if cur.item ==item:
                 return True
             #所有元素都不是 就返回False 没找到
             return False

 if __name__ == "__main__":
     dlcl = DoubleCircleLinkList()
     print(dlcl.search(7))
     dlcl.travel()
     dlcl.remove(1)
     print(dlcl.length())
     print(dlcl.is_empty())
     dlcl.append(55)
     print(dlcl.search(55))
     dlcl.travel()
     dlcl.remove(55)
     dlcl.travel()
     print(dlcl.length())
     dlcl.add(3)
     print(dlcl.is_empty())
     dlcl.travel()
     dlcl.add(4)
     dlcl.add(5)
     dlcl.append(6)
     dlcl.insert(-10,1)
     dlcl.travel()
     print(dlcl.length())
     dlcl.remove(6)
     dlcl.travel()

     print(dlcl.search(7) )
     dlcl.append(55)
     dlcl.travel()

各种数据结构主要是思想，不同的人实现方式都不一定一样，同一个人多次实现也不一定一样。所以以上代码仅供参考~

如果有更简洁的方式，欢迎大家批评指正哦~