利用python实现单向链表

一、单向链表

链表是一种物理存储单元上非连续、非顺序的存储结构，数据元素的逻辑顺序是通过链表中的指针链接次序实现的。链表由一系列节点组成，节点可以在运行时动态生成，链表利用节点来存储数据，节点包括两个部分：一个是存储数据元素的数据域，另一个是存储下一个结点地址的指针域。

单向链表即一条线性链表，只能向下取值。通过下图我们可以知道，他只能从next上获取下一个节点的数据，而不能获取上一个。又因为链表可以不断是向后取值，所以如果我们只要知道其开始的头节点位置，那么就可以通过遍历链表来获取其中我们想要的数据。所以头结点在单向链表中是至关重要的。

特点：

• 物理存储上是无序且不连续的；
• 链表是由多个节点以链式结构组成；
• 逻辑层面上看形成一个有序的链路结构；

优点：

• 链表结构解决数组存储需要预先知道元素个数的缺陷，可以充分利用内存空间，实现灵活的内存动态管理。
• 插入和删除节点的时间复杂度最优能达到O(1)，注意，这里是最优情况。关于时间复杂度分析，看这个博客https://blog.csdn.net/gaoxiangnumber1/article/details/44634485

缺点：只能从头到尾遍历。只能找到后继，无法找到前驱，也就是只能前进

# LinkedList.py
# 节点类
class Node(object):
    # 初始化，需要传入节点的数据
    def __init__(self, data):
        self.data = data
        self.next = None

# 链表类
class LinkList:
    def __init__(self):
        self.head = None
        self._size = 0

    def size(self):
        return self._size

    def is_empty(self):
        return self.head is None

    # 在链表中添加一个节点，其实就是把当前头指针的值先给这个节点的next。然后把当前的头指针指向这个节点对象
    # add,在头部追加
    def add(self, value):
        node = Node(value)
        node.next = self.head
        self.head = node
        self._size += 1

    # append,在尾部追加
    def append(self, value):
        if self._size == 0:
            self.add(value)
            return
        node = Node(value)
        obj = self._find_index_obj(self._size - 1)
        obj.next = node
        self._size += 1

    def contains(self, value):
        cursor = self.head
        while cursor:
            if cursor.data == value:
                return True
            cursor = cursor.next
        return False

    def get(self, index):
        obj = self._find_index_obj(index)
        return obj.data

    def set(self, index, value):
        obj = self._find_index_obj(index)
        obj.data = value

    def remove(self, index):
        obj = self._find_index_obj(index - 1)
        obj.next = obj.next.next
        self._size -= 1

    def index_of(self, value):
        cursor = self.head
        index = 0
        while cursor:
            if cursor.data == value:
                return index
            cursor = cursor.next
            index += 1
        return -1

    def clear(self):
        self.head = None
        self._size = 0

    def _find_index_obj(self, index):
        cursor = self.head
        l = 0
        while cursor:
            if l == index:
                return cursor
            cursor = cursor.next
            l += 1
        raise IndexError('索引越界')

    def _out_of_index(self, index):
        self.size()
        if index < 0 or index >= self._size:
            raise IndexError('索引越界')

    def linklist(self):
        l = []
        cursor = self.head
        # print(cursor)
        while cursor:
            # print(cursor.data)
            l.append(cursor.data)
            cursor = cursor.next
        return l

# 测试文件，test.py
if __name__ == '__main__':
    from LinkedList import LinkList
    link = LinkList()
    link.add(4)
    link.append(77)
    link.append(88)
    link.append(99)
    link.add(3)
    link.add(2)
    # link.clear()
    # print(link.size())
    # print(link.is_empty())
    # print(link.index_of(77))
    # print(link.get(3))
    # link.set(3,5)
    # link.set(745,6)
    # print(link.contains(47))
    # link.remove(3)
    # link.remove(3)
    # link.remove(88)
    print(link.linklist())