python算法與數(shù)據(jù)結構之單鏈表的實現(xiàn)代碼

更新時間：2019年06月27日 09:34:28 作者：Se7eN_HOU

鏈表是一種物理存儲單元上非連續(xù)、非順序的存儲結構，數(shù)據(jù)元素的邏輯順序是通過鏈表中的指針鏈接次序實現(xiàn)的。這篇文章主要介紹了python算法與數(shù)據(jù)結構之單鏈表的實現(xiàn)代碼,需要的朋友可以參考下

=一、鏈表

鏈表是一種物理存儲單元上非連續(xù)、非順序的存儲結構，數(shù)據(jù)元素的邏輯順序是通過鏈表中的指針鏈接次序實現(xiàn)的。鏈表由一系列結點（鏈表中每一個元素稱為結點）組成，結點可以在運行時動態(tài)生成。每個結點包括兩個部分：一個是存儲數(shù)據(jù)元素的數(shù)據(jù)域，另一個是存儲下一個結點地址的指針域。相比于線性表順序結構，操作復雜。由于不必須按順序存儲，鏈表在插入的時候可以達到O(1)的復雜度，比另一種線性表順序表快得多，但是查找一個節(jié)點或者訪問特定編號的節(jié)點則需要O(n)的時間，而線性表和順序表相應的時間復雜度分別是O(logn)和O(1)。

使用鏈表結構可以克服數(shù)組鏈表需要預先知道數(shù)據(jù)大小的缺點，鏈表結構可以充分利用計算機內存空間，實現(xiàn)靈活的內存動態(tài)管理。但是鏈表失去了數(shù)組隨機讀取的優(yōu)點，同時鏈表由于增加了結點的指針域，空間開銷比較大。鏈表最明顯的好處就是，常規(guī)數(shù)組排列關聯(lián)項目的方式可能不同于這些數(shù)據(jù)項目在記憶體或磁盤上順序，數(shù)據(jù)的存取往往要在不同的排列順序中轉換。鏈表允許插入和移除表上任意位置上的節(jié)點，但是不允許隨機存取。鏈表有很多種不同的類型：單向鏈表，雙向鏈表以及循環(huán)鏈表。

二、單鏈表介紹

單向鏈表（單鏈表）是鏈表的一種，其特點是鏈表的鏈接方向是單向的，對鏈表的訪問要通過順序讀取從頭部開始。單鏈表是一種鏈式存取的數(shù)據(jù)結構，用一組地址任意的存儲單元存放線性表中的數(shù)據(jù)元素。鏈表中的數(shù)據(jù)是以結點來表示的，每個結點的構成：元素(數(shù)據(jù)元素的映象) + 指針(指示后繼元素存儲位置) ，元素就是存儲數(shù)據(jù)的存儲單元，指針就是連接每個結點的地址數(shù)據(jù)。它的每個節(jié)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節(jié)點，而最后一個節(jié)點的鏈接域則指向一個空值。

鏈式存儲結構的線性表將采用一組任意的存儲單元存放線性表中的數(shù)據(jù)元素。由于不需要按順序存儲，鏈表在插入、刪除數(shù)據(jù)元素時比順序存儲要快，但是在查找一個節(jié)點時則要比順序存儲要慢，使用鏈式存儲可以克服順序線性表需要預先知道數(shù)據(jù)大小的缺點，鏈表結構可以充分利用內存空間，實現(xiàn)靈活的內存動態(tài)管理。但是鏈式存儲失去了數(shù)組隨機存取的特點，同時增加了節(jié)點的指針域，空間開銷較大。

三、單鏈表結構

表元素域elem用來存放具體的數(shù)據(jù)。
鏈接域next用來存放下一個節(jié)點的位置（python中的標識）
變量p指向鏈表的頭節(jié)點（首節(jié)點）的位置，從p出發(fā)能找到表中的任意節(jié)點。

四、單鏈表的常用操作圖解

1、頭插

2、尾插

3、指定為之插入

4、刪除

五、單鏈表的python代碼實現(xiàn)

# 創(chuàng)建節(jié)點
class Node(object):
  def __init__(self,item):
    self.element = item
    self.next = None
# 創(chuàng)建單鏈表類
class SingleLinkList(object):
  def __init__(self):
    self.header = None
    self.length = 0
  # 1、判斷是否為空
  def is_empty(self):
    if self.header == None:
      return True
    else:
      return False
  # 2、頭部插入
  def add(self,node):
    if self.is_empty():
      self.header = node
    else:
      node.next = self.header
      self.header = node
      # currentNode = self.header
    self.length += 1
  # 3、尾部插入
  def appent(self,node):
    currentNode = self.header
    if self.is_empty():
      self.add(node)
    else:
      while (currentNode.next != None):
        currentNode = currentNode.next
      currentNode.next = node
      self.length += 1
  # 4、指定位置插入
  def insert(self,node,index):
    currentNode = self.header
    if index>self.length+1 or index<=0:
      print("你要插入的位置不對，請重現(xiàn)選擇位置")
    if index == 1:
      self.add(node)
    elif index == 2:
      node.next = self.header.next
      self.header.next = node
      self.length += 1
    else:
      for i in range(1,index-1):
        currentNode = currentNode.next
      node.next = currentNode.next
      currentNode.next = node
      self.length += 1
  # 5、遍歷
  def travel(self):
    currentNode = self.header
    if self.length == 0:
      print("你要遍歷的鏈表沒有數(shù)據(jù)\n")
    else:
      print("你要遍歷的鏈表里面的元素有:",end=" ")
      for i in range(self.length):
        print("%s "%currentNode.element,end=" ")
        currentNode = currentNode.next
      print("\n")
  # 6、排序不用交換節(jié)點的位置，只需要交換節(jié)點上的數(shù)據(jù)值
  def list_sort(self):
    for i in range(0,self.length-1):
      currentNode = self.header
      for j in range(0,self.length-i-1):
        if currentNode.element > currentNode.next.element:
          temp = currentNode.element
          currentNode.element = currentNode.next.element
          currentNode.next.element = temp
        currentNode = currentNode.next
  # 7、按索引刪除
  def remove(self,index):
    if index<=0 or index>self.length:
      print("你輸入的下標不對，請重新輸入")
      return
    else:
      if index == 1:
        self.header = self.header.next
        currentNode = self.header
      elif index == 2:
        currentNode = self.header
        currentNode.next = currentNode.next.next
      else:
        currentNode = self.header
        for i in range(1,index-1):
          currentNode = currentNode.next
        currentNode.next = currentNode.next.next
    self.length -= 1
  # 8、查找是否包含,并返回下標
  def isContain(self,num):
    contain = 0
    currentNode = self.header
    for i in range(self.length):
      if currentNode.element == num:
        print("%d在鏈表中%d處\n"%(num,i))
        contain = 1
      currentNode = currentNode.next
    if contain == 0:
      print("%d不在鏈表中\(zhòng)n"%num)
  # 9、根據(jù)下標找節(jié)點
  def searchNodeByIndex(self,index):
    currentNode = self.header
    if index<=0 or index>self.length:
      print("你輸入的下標不對，請重新輸入\n")
      return 0
    else:
      for i in range(index-1):
        currentNode = currentNode.next
      return currentNode
  # 10、根據(jù)下標修改節(jié)點的值
  def modifyByIndex(self,index,num):
    currentNode = self.header
    if index<=0 or index>self.length:
      print("你輸入的下標不對，請重新輸入\n")
    else:
      for i in range(index-1):
        currentNode = currentNode.next
      currentNode.element = num
def main():
  # 創(chuàng)建一個節(jié)點對象
  node1 = Node(1)
  # 創(chuàng)建一個單鏈表對象
  single_link_list = SingleLinkList()
  print("驗證空鏈表的遍歷")
  single_link_list.travel()
  print("驗證頭插")
  single_link_list.add(node1)
  single_link_list.travel()
  print("驗證尾插")
  node2 = Node(2)
  single_link_list.appent(node2)
  single_link_list.travel()
  print("驗證按位置插入")
  node3 = Node(3)
  single_link_list.insert(node3,1)
  single_link_list.travel()
  print("繼續(xù)驗證頭插")
  node4 = Node(5)
  single_link_list.add(node4)
  single_link_list.travel()
  print("繼續(xù)驗證按位置插入")
  node5 = Node(4)
  single_link_list.insert(node5,4)
  single_link_list.travel()
  print("驗證刪除")
  single_link_list.remove(3)
  single_link_list.travel()
  print("驗證查找一個節(jié)點是否在鏈表中")
  single_link_list.isContain(8)
  print("驗證按下標查找節(jié)點")
  node = single_link_list.searchNodeByIndex(2)
  print("第二個節(jié)點的值為：%s"%node.element)
  print("\n驗證排序")
  single_link_list.list_sort()
  single_link_list.travel()
  print("驗證修改")
  single_link_list.modifyByIndex(2,10)
  single_link_list.travel()
if __name__ == '__main__':
  main()

運行結果為：

驗證空鏈表的遍歷
你要遍歷的鏈表沒有數(shù)據(jù)

驗證頭插
你要遍歷的鏈表里面的元素有: 1

驗證尾插
你要遍歷的鏈表里面的元素有: 1 2

驗證按位置插入
你要遍歷的鏈表里面的元素有: 3 1 2

繼續(xù)驗證頭插
你要遍歷的鏈表里面的元素有: 5 3 1 2

繼續(xù)驗證按位置插入
你要遍歷的鏈表里面的元素有: 5 3 1 4 2

驗證刪除
你要遍歷的鏈表里面的元素有: 5 3 4 2

驗證查找一個節(jié)點是否在鏈表中
8不在鏈表中

驗證按下標查找節(jié)點
第二個節(jié)點的值為：3

驗證排序
你要遍歷的鏈表里面的元素有: 2 3 4 5

驗證修改
你要遍歷的鏈表里面的元素有: 2 10 4 5

六、單鏈表的C語言代碼實現(xiàn)

#include <stdio.h>
typedef struct N
{
  int element;
  struct N *next;
}Node;
// 1、創(chuàng)建節(jié)點
Node *createNode(int num)
{
  Node *node;
  node = (Node *)malloc(sizeof(Node));
  node->element = num;
  node->next = NULL;
  return node;
}
// 2、創(chuàng)建鏈表
Node *createSingleLinkList(Node *node)
{
  Node *head = node;
  return head;
}
// 3、獲取鏈表長度
int getlength(Node *head)
{
  if (head == NULL)
  {
    return 0;
  }
  int count = 1;
  Node *current = head;
  while (current->next != NULL)
  {
    count++;
    current = current->next;
  }
  return count;
}
// 4、頭部插入
Node * add(Node *head, Node *node)
{
  if(head == NULL)
  {
    head = node;
    return head;
  }
  else
  {
    node->next = head;
    head = node;
    return head;
  }
}
// 5、尾部插入
Node * append(Node *head,Node *node)
{
  Node *current = head;
  if (current->next == NULL)
  {
    add(head, node);
  }
  else
  {
    int len = getlength(head);
    for (int i = 0; i<len-1; i++)
    {
      current = current->next;
    }
    current->next = node;
  }
  return head;
}
// 6、按下標插入節(jié)點
Node * insert(Node *head,Node *node,int index)
{
  int len = getlength(head);
  if (index<=0||index>len+1)
  {
    printf("你要插入的位置不對，請重現(xiàn)選擇位置");
  }
  Node *current = head;
  if (index == 1)
  {
    head = add(head, node);
  }
  else if (index == 2)
  {
    node->next = head->next;
    head->next = node;
  }
  else
  {
    for (int i = 1; i<index-1; i++)
    {
      current = current->next;
    }
    node->next = current->next;
    current->next = node;
  }
  return head;
}
// 7、遍歷
void travel(Node *head)
{
  int len = getlength(head);
  printf("len = %d\n",len);
  Node *current = head;
  if (len == 0)
  {
    printf("你要遍歷的鏈表沒有數(shù)據(jù)\n");
  }
  else
  {
    printf("你要遍歷的鏈表里面的元素有: ");
    for (int i = 0; i<len; i++)
    {
      printf("%d ",current->element);
      current = current->next;
    }
    printf("\n");
  }
}
// 8、根據(jù)索引刪除
Node * delect(Node *head,int index)
{
  int len = getlength(head);
  if (index<=0||index>len)
  {
    printf("你輸入的下標不對，請重新輸入");
    return head;
  }
  else
  {
    if (index == 1)
    {
      head = head->next;
    }
    else if (index == 2)
    {
      head->next = head->next->next;
    }
    else
    {
      Node *current = head;
      for (int i = 1; i<index-1; i++)
      {
        current = current->next;
      }
      current->next = current->next->next;
    }
  }
  return head;
}
// 9、查找是否包含，并返回下標
void isContain(Node *head,int num)
{
  int contain = 0;
  Node *current = head;
  int len = getlength(head);
  for (int i = 0; i<len; i++)
  {
    if (current->element == num)
    {
      printf("%d在鏈表中的%d處\n",num,i+1);
      contain = 1;
    }
    current = current->next;
  }
  if (contain == 0)
  {
     printf("%d不在鏈表中\(zhòng)n",num);
  }
}
// 10、根據(jù)下標找節(jié)點
Node *searchByIndex(Node *head , int index)
{
  int len = getlength(head);
  Node *current = head;
  if (index<=0||index>len)
  {
    printf("你輸入的下標不對，請重新輸入");
    return head;
  }
  else
  {
    for (int i = 0; i<index-1; i++)
    {
      current = current->next;
    }
    return current;
  }
}
// 11、根據(jù)下標修改節(jié)點的值
void modifyByIndex(Node *head,int index,int num)
{
  int len = getlength(head);
  Node *current = head;
  if (index<=0||index>len)
  {
    printf("你輸入的下標不對，請重新輸入");
  }
  else
  {
    for (int i = 0; i<index-1; i++)
    {
      current = current->next;
    }
    current->element = num;
  }
}
int main(int argc, const char * argv[])
{
  printf("==========1、創(chuàng)建節(jié)點==========\n");
  Node * node1 = createNode(1);
  printf("==========2、創(chuàng)建單鏈表==========\n");
  Node * head = createSingleLinkList(node1);
  travel(head);
  printf("==========3、驗證頭插==========\n");
  Node *node2 = createNode(0);
  head = add(head, node2);
  travel(head);
  Node *node3 = createNode(2);
  head = add(head, node3);
  travel(head);
  printf("==========4、驗證尾插==========\n");
  Node *node4 = createNode(4);
  head = append(head,node4);
  travel(head);
  Node *node5 = createNode(5);
  head = append(head,node5);
  travel(head);
  printf("==========5、驗證按下標插入==========\n");
  Node *node6 = createNode(6);
  head = insert(head, node6, 1);
  travel(head);
  printf("==========6、驗證按下標刪除==========\n");
  head = delect(head, 2);
  travel(head);
  printf("==========7、驗證是否包含==========\n");
  isContain(head, 8);
  printf("==========8、驗證根據(jù)下標找節(jié)點==========\n");
  Node *n = searchByIndex(head, 1);
  printf("第一個節(jié)點是%d\n",n->element);
  printf("==========9、驗證根據(jù)下標修改==========\n");
  modifyByIndex
(head, 3, 9);
    travel(head);
    return 0;
}

運行結果為：

==========1、創(chuàng)建節(jié)點==========
==========2、創(chuàng)建單鏈表==========
len = 1
你要遍歷的鏈表里面的元素有: 1
==========3、驗證頭插==========
len = 2
你要遍歷的鏈表里面的元素有: 0 1
len = 3
你要遍歷的鏈表里面的元素有: 2 0 1
==========4、驗證尾插==========
len = 4
你要遍歷的鏈表里面的元素有: 2 0 1 4
len = 5
你要遍歷的鏈表里面的元素有: 2 0 1 4 5
==========5、驗證按下標插入==========
len = 6
你要遍歷的鏈表里面的元素有: 6 2 0 1 4 5
==========6、驗證按下標刪除==========
len = 5
你要遍歷的鏈表里面的元素有: 6 0 1 4 5
==========7、驗證是否包含==========
8不在鏈表中
==========8、驗證根據(jù)下標找節(jié)點==========
第一個節(jié)點是6
==========9、驗證根據(jù)下標修改==========
len = 5
你要遍歷的鏈表里面的元素有: 6 0 9 4 5