Python数据结构与算法（三）----- 单向链表

链表

链表（Linked list）是一种常见的基础数据结构，是一种线性表，但是不像顺序表一样连续存储数据，而是在每一个节点（数据存储单元）里存放下一个节点的位置信息（即地址）。

单向链表

单向链表也叫单链表，是链表中最简单的一种形式，它的每个节点包含两个域，一个信息域（元素域）和一个链接域。这个链接指向链表中的下一个节点，而最后一个节点的链接域则指向一个空值。

Python中变量标识的本质

1. 节点实现

class Node(object):
    节点
    def __init__(self,elem):
        self.elem = elem
        self.next = None

2. 单链表的操作

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(pos, 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

3. 单链表的实现

class SingleLinkList(object):
    单链表
    def __init__(self,node=None):
        self._head = node ##私有属性_

    def is_empty(self):
        链表是否为空
        return self._head == None

    def length(self):
        链表长度
        # cur游标，用来移动遍历节点
        cur = self._head
        # count记录数量
        count = 0
        while cur != None:
            count += 1
            cur = cur.next
        return count

    def travel(self):
        遍历整个链表
        cur = self._head
        while cur != None:
            print(cur.elem)
            cur = cur.next

4. 头尾和指定位置添加

def add(self,item):
        链表头部添加元素，头插法
        node = Node(item)
        node.next = self._head
        self._head = node


    def append(self,item):
        链表尾部添加元素,尾插法
        node = Node(item)
        if self.is_empty():
            self._head = node
        else:
            cur = self._head
            while cur.next != None:
                cur = cur.next
            cur.next = node

    def insert(self,pos,item):
        指定位置添加元素
        :param pos 从0开始
        
        if pos <= 0:
            self.add(item)
        elif pos > (self.length()-1):
            self.append(item)
        else:
            pre = self._head
            count = 0
            while count < (pos - 1):
                count += 1
                pre = pre.next
            # 当循环退出后，pre指向pos-1位置
            node = Node(item)
            node.next = pre.next
            pre.next = node

5. 查找和删除元素

def remove(self,item):
        删除节点
        cur = self._head
        pre = None
        while cur != None:
            if cur.elem == item:
                # 先判断此节点是否是头节点
                # 头节点
                if cur == self._head:
                    self._head = cur.next
                else:
                    pre.next = cur.next
                break
            else:
                pre = cur
                cur = cur.next

    def search(self,item):
        查找节点是否存在
        cur = self._head
        while cur != None:
            if cur.elem == item:
                return True
            else:
                cur = cur.next
        return False

6. 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： 注意虽然表面看起来复杂度都是 O(n)，但是链表和顺序表在插入和删除时进行的是完全不同的操作。链表的主要耗时操作是遍历查找，删除和插入操作本身的复杂度是O(1)。顺序表查找很快，主要耗时的操作是拷贝覆盖。因为除了目标元素在尾部的特殊情况，顺序表进行插入和删除时需要对操作点之后的所有元素进行前后移位操作，只能通过拷贝和覆盖的方法进行。