python实现无序列表：链表

介绍链表前我们先了解下什么是列表。

在对基本数据结构的讨论中，我们使用 Python 列表来实现所呈现的抽象数据类型。列表是一个强大但简单的收集机制，为程序员提供了各种各样的操作。然而，不是所有的编程语言都包括列表集合。在这些情况下，列表的概念必须由程序员实现。

列表是项的集合，其中每个项保持相对于其他项的相对位置。更具体地，我们将这种类型的列表称为无序列表。我们可以将列表视为具有第一项，第二项，第三项等等。我们还可以引用列表的开头（第一个项）或列表的结尾（最后一个项）。为了简单起见，我们假设列表不能包含重复项。

例如，整数 54,26,93,17,77 和 31 的集合可以表示考试分数的简单无序列表。请注意，我们将它们用逗号分隔，这是列表结构的常用方式。当然，Python 会显示这个列表为 [54,26,93,17,77,31]。

1 无序列表抽象数据类型

如上所述，无序列表的结构是项的集合，其中每个项保持相对于其他项的相对位置。下面给出了一些可能的无序列表操作。

• List() 创建一个新的空列表。它不需要参数，并返回一个空列表。
• add(item) 向列表中添加一个新项。它需要 item 作为参数，并不返回任何内容。假定该 item 不在列表中。
• remove(item) 从列表中删除该项。它需要 item 作为参数并修改列表。假设项存在于列表中。
• search(item) 搜索列表中的项目。它需要 item 作为参数，并返回一个布尔值。
• isEmpty() 检查列表是否为空。它不需要参数，并返回布尔值。
• size（）返回列表中的项数。它不需要参数，并返回一个整数。
• append(item) 将一个新项添加到列表的末尾，使其成为集合中的最后一项。它需要 item
  
  作为参数，并不返回任何内容。假定该项不在列表中。
• index(item) 返回项在列表中的位置。它需要 item 作为参数并返回索引。假定该项在列表中。
• insert(pos，item) 在位置 pos 处向列表中添加一个新项。它需要 item作为参数并不返回任何内容。假设该项不在列表中，并且有足够的现有项使其有 pos 的位置。
• pop() 删除并返回列表中的最后一个项。假设该列表至少有一个项。
• pop(pos) 删除并返回位置 pos 处的项。它需要 pos 作为参数并返回项。假定该项在列表中。

2 python实现无序列表

为了实现无序列表，我们将构造通常所知的链表，外部引用通常被称为链表的头。

2.1 Node类

节点（Node）是链表实现的基本构造，由列表项（item，数据字段）和对下一个节点的引用组成。Node 类包括访问，修改数据和访问下一个引用等常用方法。类的代码如下：

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

我们创建一个 Node 对象

temp = Node(93)

Python 引用值 None 将在 Node 类和链表本身发挥重要作用。引用 None 代表没有下一个节点。请注意在构造函数中，最初创建的节点 next 被设置为 None。有时这被称为 接地节点，因此我们使用标准接地符号表示对 None 的引用，如下图：

2.2 Unordered List 类

如上所述，无序列表将从一组节点构建，每个节点通过显式引用链接到下一个节点。只要我们知道在哪里找到第一个节点（包含第一个项），之后的每个项可以通过连续跟随下一个链接找到。考虑到这一点，UnorderedList 类必须保持对第一个节点的引用，如下图所示，实现代码如下：

class UnorderedList:

    def __init__(self):
        self.head = None

    def isEmpty(self):
        return self.head == None

    def add(self,item):
        temp = Node(item)
        #更改新节点的下一个引用以引用旧链表的第一个节点
        temp.setNext(self.head)
        #赋值语句设置列表的头
        self.head = temp
        #访问和赋值的顺序不能颠倒，因为head是链表节点唯一的外部引用，颠倒将导致所有原始节点丢失并且不能再被访问

    def size(self):
        current = self.head
        count = 0
        while current != None:
            count = count + 1
            current = current.getNext()

        return count

    def search(self,item):
        current = self.head
        found = False
        while current != None and not found:
            if current.getData() == item:
                found = True
            else:
                current = current.getNext()

        return found

    def remove(self,item):
        current = self.head
        previous = None
        found = False
        while not found:
            if current.getData() == item:
                found = True
            #previous 必须先将一个节点移动到 current 的位置。此时，才可以移动current
            else:
                previous = current
                current = current.getNext()
        #如果要删除的项目恰好是链表中的第一个项，链表的 head 需要改变
        if previous == None:
            self.head = current.getNext()
        else:
            previous.setNext(current.getNext())

2.2.1 add function

链表结构只为我们提供了一个入口点，即链表的头部。所有其他节点只能通过访问第一个节点，然后跟随下一个链接到达。这意味着添加新节点的最简单的地方就在链表的头部。 换句话说，我们将新项作为链表的第一项，现有项将需要链接到这个新项后。

2.2.2 链表遍历技术——size，search，remove方法

size方法实现思路如下图：

remove方法实现思路如下图：





remove 方法需要两个逻辑步骤。

第一步搜索，第二部删除。

但是current实际指向的是目标节点的引用，直接删除会删除前一个节点，因此引入previous这个外部引用。

参考资料：《problem-solving-with-algorithms-and-data-structure-using-python》

http://www.pythonworks.org/pythonds