Python数据结构与算法—线性表

定义

线性表的定义是描述其逻辑结构，而通常会在线性表上进行的查找、插入、删除等操作。

线性表作为一种基本的数据结构类型，在计算机存储器中的映象（或表示）一般有两种形式，一种是顺序映象，一种是链式映象。

线性表的顺序存储

1.定义：若将线性表L=(a0,a1, ……,an-1)中的各元素依次存储于计算机一片连续的存储空间，这种机制表示为线性表的顺序存储结构。

2.特点：

• 逻辑上相邻的元素 ai, ai+1，其存储位置也是相邻的；
• 存储密度高，方便对数据的遍历查找。
• 对表的插入和删除等运算的效率较差。

3.程序实现

在Python中，list存放于一片单一连续的内存块，故可借助于列表类型来描述线性表的顺序存储结构，而且列表本身就提供了丰富的接口满足这种数据结构的运算。

L = [1,2,3,4]
L.append(10)      #尾部增加元素
#[1, 2, 3, 4, 10]

L.insert(1,20)    #插入元素
#[1, 20, 2, 3, 4, 10]

L.remove(3)       #删除元素
#[1, 20, 2, 4, 10]     

L[4] = 30         #修改
#[1, 20, 2, 4, 30]

L.index(2)        #查找
#2

线性表的链式存储

1.定义：将线性表L=(a0,a1,……,an-1)中各元素分布在存储器的不同存储块，称为结点，每个结点（尾节点除外）中都持有一个指向下一个节点的引用，这样所得到的存储结构为链表结构。

2.特点

• 逻辑上相邻的元素 ai, ai+1，其存储位置也不一定相邻；
• 存储稀疏，不必开辟整块存储空间。
• 对表的插入和删除等运算的效率较高。
• 逻辑结构复杂，不利于遍历。

3.程序实现

"""
linklist.py  链表程序实现
重点代码

思路分析
1. 创建节点类，生成节点对象
　　包含数据和下一个节点的引用
2. 链表类，生成链表对象
　　可以对链表进行数据操作
"""


class Node():
    """
    一个节点里面包含两个数据，一个是当前的数据，一个是指向下一个数据的next,
    当next数据为None时，次节点为最后一个节点
    """

    def __init__(self, data, next=None):
        self.data = data
        self.next = next


class Linklist():
    def __init__(self):
        "生成一个头节点，头结点为head,假设当前的Node是空值"
        self.head = Node(None)

    # 初始添加一组链表节点
    def linklist(self, list_):
        # 设p为头节点
        p = self.head
        # 循环链表，链表的每一个值都赋值给p.next
        for i in list_:
            p.next = Node(i)
            # 每一次循环 p.next重新赋值为p
            p = p.next

    # 遍历链表
    def shou_link(self):
        # 设p为第一个节点 （链表中头节点和第一个节点是不同的）
        # 如果这里把p设为头节点的话，那while就要从第一节点开始
        p = self.head.next
        # 如果p.next为空值，此时的p.next是链表中的最后一个节点，
        while p is not None:
            # p.data是本次节点的值，循环打印本次的节点的值
            print(p.data, end=" ")
            # 每一次循环 p.next重新赋值为p
            p = p.next
        print()

    # 获取链表的长度
    def get_lenght(self):
        p = self.head
        n = 0
        while p.next is not None:
            n += 1
            p = p.next
        return n

    # 判断链表是否为空
    def empty(self):
        # 如果链表的长度为0，那链表自然是空的
        if self.get_lenght() == 0:
            return True
        else:
            return False

    # 清空链表
    def clear(self):
        # 第一个节点为空值，那就后面的几个节点就断开了，也就相当于清空了
        self.head.next = None

    # 尾部插入节点
    def add_link(self, data):
        # 生成一个新的节点，把这个节点插到尾部
        # node是节点 data是节点的值
        node = Node(data)
        p = self.head
        # 循环出最后一个节点
        while p.next is not None:
            p = p.next
        # 循环完最后一个p为最后一个节点，将最后一个节点用next连接node， node为链表的最后一个节点
        p.next = node

    # 选择位置插入节点
    # 思想：先将新节点的next连接后一个节点,再将前一个节点的next连接新节点
    def insert(self, index, data):
        # 先判断 下标index的位置，要求下标不能小于0和大于链表的长度
        # 如果超出范围，人工报错
        if index < 0 or index > self.get_lenght():
            raise IndexError("index out of range")
        p = self.head
        # 定义p移动到插入位置的前一个
        for i in range(index):  # index从0开始
            # 假如index=0，p=p.next
            # 假如index=1，p=p.next.next
            # 假如index=2，p=p.next.next.next 以此类推
            p = p.next
        node = Node(data)  # 生成一个新的节点
        # 将node插入链表p的后面
        # node的前一个节点p 后一个节点p.next
        node.next = p.next
        p.next = node

    # 删除节点
    # 思想：前一个节点的next 连接到删除节点的后一个节点
    def del_node(self, data):
        p = self.head
        # 查找删除节点的值
        while p.next and p.next.data != data:
            p = p.next
        # 如果循环到最后以为还没找到，说明删除的值不在链表中
        if p.next is None:
            raise ValueError("value is error")
        else:
            #跨过删除的节点，连接删除节点的后面节点
            p.next = p.next.next

    # 通过下标，获取节点的值
    def get_data(self, index):
        if index < 0 or index > self.get_lenght():
            raise IndexError("index out of range")
        # p为第一个节点
        p = self.head.next

        for i in range(index):
            # 同插入节点
            p = p.next
        return p.data


print("-----------测试--------------")
if __name__ == '__main__':
    list = Linklist()
    l = [1, 2, 3, 4, 5]
    list.linklist(l)
    list.shou_link()  # 1 2 3 4 5
    print(list.get_lenght())  # 5
    print(list.empty())  # False
    list.add_link(6)
    list.shou_link()  # 1 2 3 4 5 6
    list.insert(3, 22)
    list.shou_link()  # 1 2 3 22 4 5 6
    list.del_node(5)
    list.shou_link()  # 1 2 3 22 4 6
    print(list.get_data(2))  # 3
    list.clear()