算法漫游指北（第四篇）：python中实现链表、单链表的实现、单向循环链表、双向链表

一、python中实现链表（二）

python中实现链表（一）见https://www.cnblogs.com/Nicholas0707/p/12730944.html

单链表的实现

 

0、定义节点

class Node:
    """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

　　

 

1、定义链表

class SingleLinked(object):
    """定义单向链表"""
​
    # 初始化链表
    def __init__(self, node=None):
        self._head = node  # 默认头节点为空

　　

2、判断空：

 # 判断链表为空
     def is_empty(self):
         # 头节点为空则链表为空
         return self._head is None

　　

分析：如果链表的self._head为空，则说明链表的首节点就是空的，表示为空链表。

3、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

　　

示例

class Node:
​
    def __init__(self,item):
        self.item = item
        self.next = None
​
​
class SingleLink:
​
    def __init__(self,node=None):
        self._head = node
    
    def is_empty(self):
        # 头节点为空则链表为空
        return self._head is None
​
    def append(self, item):
        """尾部添加元素"""
        node = Node(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
​
​
sl1 = SingleLink()
​
sl1.append('张三')
sl1.append('李四')
sl1.append('王五')

　　

添加节点过程分析:

（1）如果是空链表的话：

创建新的节点node对象

node = Node('张三')，

这里的node.item = '张三'， node.next=None,

并将self._head =node，此时 self._head 不再为空

 

（2）再次添加新的节点：

创建第二个节点node对象

node = Node('李四')，

cur为当前游标，将_head的值赋值给cur，

此时是添加第二个节点，cur = self._head 即第一个节点的node.next=None,还是无法进入while循环

直接执行 cur.next = node语句，

cur.next = Node('李四')

即SingleLink对象._head=Node('张三')

SingleLink对象._head.next = Node('李四')

 

（3）添加第三个节点

 

创建第三个节点node对象

node = Node('王五')，

cur为当前游标，将_head的值赋值给cur，

此时是添加第三个节点，cur = self._head 即第一个节点的node.next= Node('李四'),

进入while循环

执行 cur.next = node语句，

cur = cur.next

从头节点寻找下一个节点，直到cur.next==None,即一直找到尾节点，即next指向为空的节点，这里是第二个节点

最后执行

cur.next = node

即cur.next = Node('王五')

即SingleLink对象._head=Node('张三')

SingleLink对象._head.next = Node('李四')

SingleLink对象._head.next.next = Node('王五')

 

4、返回链表长度

    def length(self):
        """链表长度"""
        if self.is_empty():
            return 0
        else:
            # 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
                print('执行了')
                # 将cur后移一个节点
                cur = cur.next
            return count

　　

 

分析：使用游标（cur）从链表的头节点找到尾部。

执行过程动图

 

 

5、头部添加元素：

    def add(self, item):
        """头部添加元素"""
        node = Node(item)
        if self.empty():
            # 空链表添加新节点
            self.__head = node
        else:
            # 注意这两句的顺序不能换
            # 将新节点的链接域next指向之前的头节点，即_head指向的位置
            node.next = self.__head
            # 将链表新的头_head指向刚刚添加的新节点
            self.__head = node

　　

示例

class Node:
​
    def __init__(self,item):
        self.item = item
        self.next = None
​
​
class SingleLink:
​
    def __init__(self,node=None):
        self._head = node
​
    def is_empty(self):
        # 头节点为空则链表为空
        return self._head is None
​
    def append(self, item):
        """尾部添加元素"""
        node = Node(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
            print(cur)
            while cur.next != None:
                cur = cur.next
            cur.next = node
​
    def length(self):
        """链表长度"""
        if self.is_empty():
            return 0
        else:
            # 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
​
    # 头部添加元素
    def add(self, item):
        """头部添加元素"""
        node = Node(item)
        if self.empty():
            # 空链表添加新节点
            self.__head = node
        else:
            # 注意这两句的顺序不能换
            # 将新节点的链接域next指向之前的头节点，即_head指向的位置
            node.next = self.__head
            # 将链表新的头_head指向刚刚添加的新节点
            self.__head = node
sl1 = SingleLink()
​
sl1.add('张三')
sl1.add('李四')

　　

分析执行过程动图

 

6、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 = Node(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):
                #通过循环找到要插入节点的前一个节点
                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
     

　　

 

7、删除节点

    def remove(self, item):
        """删除节点"""
        if self.is_empty():
            return False
        cur = self._head  # 定义cur游标
        pre = None  # 定义pre游标，为cur的前一个位置
        while cur is not 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 cur == self._head:
                    # 将头节点的下一个节点赋给头节点
                    self._head = cur.next
                    return True
                # 非头节点情况
                else:
                    # 删除操作,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
                    return True
            # 移动游标
            else:
                # 这两句顺序不能反,继续按链表后移节点
                pre = cur
                cur = cur.next
        return False
​

　　

8、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"""
        if self.is_empty():
            return False
        else:
            cur = self._head  # 定义游标
            while cur is not None:
                if cur.item == item:
                    return True
                else:
                    cur = cur.next  # 游标后移
            return False

　　

​

9、遍历链表：

    def travel(self):
        # 遍历链表
        if self.is_empty():
            return None
        else:
            item_list = []  # 元素列表
            cur = self._head
            # 如果游标不为空，则打印游标对应的元素，游标向后移动
            while cur is not None:
                item_list.append(cur.item)
                cur = cur.next  # 游标下移
            return item_list
​

　　

10、整体代码示例

class Node:
    """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
​
​
class SingleLink:
​
    def __init__(self,node=None):
        self._head = node
​
    def is_empty(self):
        # 头节点为空则链表为空
        return self._head is None
​
    def append(self, item):
        """尾部添加元素"""
        node = Node(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
            print(cur)
            while cur.next != None:
                cur = cur.next
            cur.next = node
​
    def length(self):
        """链表长度"""
        if self.is_empty():
            return 0
        else:
            # 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
​
    # 头部添加元素
    def add(self, item):
        """头部添加元素"""
        node = Node(item)
        if self.empty():
            # 空链表添加新节点
            self.__head = node
        else:
            # 注意这两句的顺序不能换
            # 将新节点的链接域next指向之前的头节点，即_head指向的位置
            node.next = self.__head
            # 将链表新的头_head指向刚刚添加的新节点
            self.__head = node
​
    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 = Node(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
​
    def remove(self, item):
        """删除节点"""
        if self.is_empty():
            return False
        cur = self._head  # 定义cur游标
        pre = None  # 定义pre游标，为cur的前一个位置
        while cur is not 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 cur == self._head:
                    # 将头节点的下一个节点赋给头节点
                    self._head = cur.next
                    return True
                # 非头节点情况
                else:
                    # 删除操作,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
                    return True
            # 移动游标
            else:
                # 这两句顺序不能反,继续按链表后移节点
                pre = cur
                cur = cur.next
        return False
    # 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"""
        if self.is_empty():
            return False
        else:
            cur = self._head  # 定义游标
            while cur is not None:
                if cur.item == item:
                    return True
                else:
                    cur = cur.next  # 游标后移
            return False
​
​
    def travel(self):
        # 遍历链表
        if self.is_empty():
            return None
        else:
            item_list = []  # 元素列表
            cur = self._head
            # 如果游标不为空，则打印游标对应的元素，游标向后移动
            while cur is not None:
                item_list.append(cur.item)
                cur = cur.next  # 游标下移
            return item_list
​
sl1 = SingleLink()
​
sl1.append('张三')
sl1.append('李四')
sl1.insert(1,'王五')
​
print(sl1._head.item)
print(sl1._head.next.item)
print(sl1._head.next.next.item)
​
​
sl1.remove('王五')
​
print(sl1._head.item)
print(sl1._head.next.item)
print(sl1.search('张三'))
​
print(sl1.travel())

　　

单向循环链表

所谓单向循环链表，不过是在单向链表的基础上，如响尾蛇般将其首尾相连，也因此有诸多类似之处与务必留心之点。尤其是可能涉及到头尾节点的操作，不可疏忽。

单链表的一个变形是单向循环链表，链表中最后一个节点的next域不再为None，而是指向链表的头节点。

示例

class Node(object):
    """节点"""
    def __init__(self, item):
        self.item = item
        self.next = None
​
​
class SinCycLinkedlist(object):
    """单向循环链表"""
    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):
        """返回链表的长度"""
        # 如果链表为空，返回长度0
        if self.is_empty():
            return 0
        count = 1
        cur = self._head
        while cur.next != self._head:
            count += 1
            cur = cur.next
        return count
​
    def travel(self):
        """遍历链表"""
        if self.is_empty():
            return
        cur = self._head
        print cur.item,
        while cur.next != self._head:
            cur = cur.next
            print cur.item,
        print ""
​
​
    def add(self, item):
        """头部添加节点"""
        node = Node(item)
        if self.is_empty():
            self._head = node
            node.next = self._head
        else:
            #添加的节点指向_head
            node.next = self._head
            # 移到链表尾部，将尾部节点的next指向node
            cur = self._head
            while cur.next != self._head:
                cur = cur.next
            cur.next = node
            #_head指向添加node的，这里是与单链表不同的地方
            self._head = node
​
    def append(self, item):
        """尾部添加节点"""
        node = Node(item)
        if self.is_empty():
            self._head = node
            node.next = self._head
        else:
            # 移到链表尾部
            cur = self._head
            while cur.next != self._head:
                cur = cur.next
            # 将尾节点指向node
            cur.next = node
            # 将node指向头节点_head，这里是与单链表不同的地方
            node.next = self._head 
​
    def insert(self, pos, item):
        """在指定位置添加节点"""
        if pos <= 0:
            self.add(item)
        elif pos > (self.length()-1):
            self.append(item)
        else:
            node = Node(item)
            cur = self._head
            count = 0
            # 移动到指定位置的前一个位置
            while count < (pos-1):
                count += 1
                cur = cur.next
            node.next = cur.next
            cur.next = node
​
    def remove(self, item):
        """删除一个节点"""
        # 若链表为空，则直接返回
        if self.is_empty():
            return
        # 将cur指向头节点
        cur = self._head
        pre = None
        # 若头节点的元素就是要查找的元素item
        if cur.item == item:
            # 如果链表不止一个节点
            if cur.next != self._head:
                # 先找到尾节点，将尾节点的next指向第二个节点
                while cur.next != self._head:
                    cur = cur.next
                # cur指向了尾节点
                cur.next = self._head.next
                self._head = self._head.next
            else:
                # 链表只有一个节点
                self._head = None
        else:
            pre = self._head
            # 第一个节点不是要删除的
            while cur.next != self._head:
                # 找到了要删除的元素
                if cur.item == item:
                    # 删除
                    pre.next = cur.next
                    return
                else:
                    pre = cur
                    cur = cur.next
            # cur 指向尾节点
            if cur.item == item:
                # 尾部删除
                pre.next = cur.next
​
    def search(self, item):
        """查找节点是否存在"""
        if self.is_empty():
            return False
        cur = self._head
        if cur.item == item:
            return True
        while cur.next != self._head:
            cur = cur.next
            if cur.item == item:
                return True
        return False
​
if __name__ == "__main__":
    ll = SinCycLinkedlist()
    ll.add(1)
    ll.add(2)
    ll.append(3)
    ll.insert(2, 4)
    ll.insert(4, 5)
    ll.insert(0, 6)
    print "length:",ll.length()
    ll.travel()
    print ll.search(3)
    print ll.search(7)
    ll.remove(1)
    print "length:",ll.length()
    ll.travel()

　　

双向链表

一种更复杂的链表是“双向链表”或“双面链表”。每个节点有两个链接：一个指向前一个节点，当此节点为第一个节点时，指向空值；而另一个指向下一个节点，当此节点为最后一个节点时，指向空值。

链表实现

class Node(object):
    """双向链表节点"""
    def __init__(self, item):
        self.item = item
        self.next = None
        self.prev = None
​
​
class DLinkList(object):
    """双向链表"""
    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):
        """返回链表的长度"""
        cur = self._head
        count = 0
        while cur != None:
            count += 1
            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 ""
​
    def add(self, item):
        """头部插入元素"""
        node = Node(item)
        if self.is_empty():
            # 如果是空链表，将_head指向node
            self._head = node
        else:
            # 将node的next指向_head的头节点
            node.next = self._head
            # 将_head的头节点的prev指向node
            self._head.prev = node
            # 将_head 指向node
            self._head = node
​
    def append(self, item):
        """尾部插入元素"""
        node = Node(item)
        if self.is_empty():
            # 如果是空链表，将_head指向node
            self._head = node
        else:
            # 移动到链表尾部
            cur = self._head
            while cur.next != None:
                cur = cur.next
            # 将尾节点cur的next指向node
            cur.next = node
            # 将node的prev指向cur
            node.prev = cur
​
​
​
    def search(self, item):
        """查找元素是否存在"""
        cur = self._head
        while cur != None:
            if cur.item == item:
                return True
            cur = cur.next
        return False

　　

指定位置插入节点

    def insert(self, pos, item):
        """在指定位置添加节点"""
        if pos <= 0:
            self.add(item)
        elif pos > (self.length()-1):
            self.append(item)
        else:
            node = Node(item)
            cur = self._head
            count = 0
            # 移动到指定位置的前一个位置
            while count < (pos-1):
                count += 1
                cur = cur.next
            # 将node的prev指向cur
            node.prev = cur
            # 将node的next指向cur的下一个节点
            node.next = cur.next
            # 将cur的下一个节点的prev指向node
            cur.next.prev = node
            # 将cur的next指向node
            cur.next = node

　　

删除元素

    def remove(self, item):
        """删除元素"""
        if self.is_empty():
            return
        else:
            cur = self._head
            if cur.item == item:
                # 如果首节点的元素即是要删除的元素
                if cur.next == None:
                    # 如果链表只有这一个节点
                    self._head = None
                else:
                    # 将第二个节点的prev设置为None
                    cur.next.prev = None
                    # 将_head指向第二个节点
                    self._head = cur.next
                return
            while cur != None:
                if cur.item == item:
                    # 将cur的前一个节点的next指向cur的后一个节点
                    cur.prev.next = cur.next
                    # 将cur的后一个节点的prev指向cur的前一个节点
                    cur.next.prev = cur.prev
                    break
                cur = cur.next