學習筆記，僅供參考，有錯必糾
算法與數據結構–基於python
鏈表
爲啥需要鏈表
順序表的構建需要預先知道數據大小來申請連續的存儲空間，而在進行擴充時又需要進行數據的搬遷，所以使用起來不是很靈活；而鏈表結構可以充分利用計算機內存空間，實現靈活的內存動態管理。
什麼是鏈表
鏈表結構可以充分利用計算機內存空間，實現靈活的內存動態管理，鏈表是一種常見的基礎數據結構，是一種線性表，但是不像順序表一樣連續存儲數據，而是在每一個結點（數據存儲單元）裏存放下一個結點的位置信息（即地址）。
單向鏈表
什麼是單向鏈表
單向鏈表也叫單鏈表，是鏈表中最簡單的一種形式；它的每個結點包含兩個域，一個信息域（元素域）和一個鏈接域；這個鏈接指向鏈表中的下一個結點，而最後一個結點的鏈接域則指向一個空值。
- 圖示
單鏈表也可以沒有頭結點，如果沒有頭結點的話，那麼單鏈表就會變成這樣：
- 關於頭結點
頭結點是爲了操作的統一與方便而設立的，放在第一個元素結點之前，其數據域一般無意義（當然有些情況下也可存放鏈表的長度、用做監視哨等等），首元結點也就是第一個元素的結點，它是頭結點後邊的第一個結點，頭結點不是鏈表所必需的。
- 關於頭指針
在線性表的鏈式存儲結構中，頭指針是指鏈表指向第一個結點的指針，若鏈表有頭結點，則頭指針就是指向鏈表頭結點的指針；頭指針具有標識作用，故常用頭指針冠以鏈表的名字；無論鏈表是否爲空，頭指針均不爲空，頭指針是鏈表的必要元素。
單列表的操作
is_empty()
#鏈表是否爲空
length()
#鏈表長度
travel()
#遍歷整個鏈表
append(item)
#鏈表尾部添加元素
add(item)
#鏈表頭部添加元素
insert(pos, item)
#指定位置添加元素
search(item)
#查找結點是否存在
remove(item)
#刪除結點
節點的實現
class Node:
def __init__(self, elem):
#初始化數據區
self.elem = elem
#初始化鏈接區
self.next = None
單鏈表的實現
首先，我們參照下圖中的鏈表形式，來構造我們的單鏈表：
同時，我們參照下圖中的尾插法，在我們的鏈表末尾插入數據：
參照下圖中的頭插法，在鏈表頭部添加元素：
參照下圖中的插入法，在鏈表中指定位置插入元素：
參照下圖中的刪除法，在鏈表中刪除某個指定元素：
定義單鏈表：
class SingleLinkedList:
def __init__(self):
#頭指針
self.__head = None
#判斷鏈表是否爲空
def is_empty(self):
return self.__head is None
#查詢長度
def length(self):
#判斷是否爲空
if self.is_empty():
return 0
else:
#定義遊標
cur = self.__head
#計數
count = 0
while cur != None:
cur = cur.next
count += 1
return count
#遍歷鏈表
def travel(self):
if self.is_empty():
return
else:
#定義遊標
cur = self.__head
while cur != None:
#打印數據
print(cur.elem, " ")
cur = cur.next
print('')
#鏈表尾部添加元素
def append(self, item):
#定義新節點
node = Node(item)
#判斷鏈表是否爲空
if self.is_empty():
self.__head = node
else:
cur = self.__head
while cur.next!= None:
cur = cur.next
#while循環結束後，cur到達了最後一個節點
cur.next = node
#鏈表開頭插入
def add(self, item):
#新節點
node = Node(item)
if self.is_empty():
self.__head = node
else:
node.next = self.__head
self.__head = node
#鏈表中指定位置插入
def insert(self, pos, item):
#新節點
if pos < 0:
self.add(item)
elif pos > (self.length() - 1):
self.append(item)
else:
node = Node(item)
pre = self.__head
count = 0
while count < (pos -1):
pre = pre.next
count += 1
#下面的兩行代碼順序不可變
node.next = pre.next
pre.next = node
#查找節點
def search(self, item):
if self.is_empty():
return False
else:
cur = self.__head
while cur!= None:
if cur.elem == item:
return True
else:
cur = cur.next
return False
#刪除節點
def remove(self,item):
if self.is_empty():
return
else:
# 定義cur遊標
cur = self.__head
# 定義pre遊標
pre = None
# 查找所有的位置有沒有要刪除的，若有則刪
while cur != None:
# 判斷cur指向的數據，是否爲要刪的數據
if cur.elem == item:
# 考慮特殊情況，恰好要刪的是第一個元素
if cur == self.__head:
# 頭結點指向後一個結點
self.__head = cur.next
else:
# 刪除
pre.next = cur.next
return
else:
# 移動遊標，先移動pre，再移動cur
pre = cur
cur = cur.next
測試：
if __name__ == "__main__":
sll = SingleLinkedList()
print(sll.is_empty())
print(sll.length())
print('-'*20)
sll.travel()
print('-'*20)
sll.append(1)
sll.add(2)
sll.append(3)
sll.travel()
print('-'*20)
print(sll.is_empty())
print(sll.length())
print('-'*20)
sll.insert(1,'abc')
sll.travel()
print(sll.search(2))
print('-'*20)
sll.remove('abc')
sll.travel()
輸出：
True
0
--------------------
--------------------
2
1
3
--------------------
False
3
--------------------
2
abc
1
3
True
--------------------
2
1
3
鏈表與順序表的對比
鏈表與順序表各種操作的時間複雜度：
| 操作 | 鏈表 | 順序表 |
|---|---|---|
| 訪問元素 | O(n) | O(1) |
| 在頭部插入/刪除 | O(1) | O(n) |
| 在尾部插入/刪除 | O(n) | O(1) |
| 在中間插入/刪除 | O(n) | O(n) |