本文实例讲述了Python单链表原理与实现方法。分享给大家供大家参考,具体如下:
Python实现单链表
关于链表
- 链表(Linked List)是由许多相同数据类型的数据项按照特定顺序排列而成的线性表。
- 链表中个数据项在计算机内存中的位置是不连续且随机的,数组在内存中是连续的。
- 链表数据的插入和删除很方便,但查找数据效率低下,不能像数组一样随机读取数据。
单链表的实现
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一个单向链表的节点由数据字段和指针组成,指针指向下一个元素所在内存地址
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定义一个链表节点类,self.value实例属性表示节点数据字段;self.next表示指针;初始化值为None
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class Node(object): def __init__(self, value=None, next=None): self.value = value self.next = next
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在单链表中第一个节点为头(head)指针节点(即头指针指向的节点为单链表第一个节点,后续简称头指针节点),从头指针节点出发可以遍历整个链表,进行元素查找,插入和删除,非常重要。一般不移动head头指针。
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单链表中最后一个节点为尾节点,其指针为None,表示结束。
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建立单链表我们首先需要创建头指针节点(引入头指针是为了方便操作单链表,对于头指针节点,只有指针域指向链表第一个节点,不含实际值)
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class linkedList(object): def __init__(self): self.head = Node() # 创建头指针结点 self.length = 0 # 初始链表长度,头指针节点不计入长度 def __len__(self): # 重写特殊方法返回self.length return self.length
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链表初始化之后,开始定义链表方法
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链表头部插入节点:
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调用Node()传入待插入的值value创建待插入节点
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判断当前链表是否为空链表,链表为空:
- 插入节点既是链表头指针指向的节点也是尾节点(指向None)
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链表不为空:
- 待插入节点指向原头指针节点,头指针重新指向待插入节点
- 首先需要将原头指针结点,存放到临时变量中(防止head指针变更时,指针断裂导致数据丢失,链表中指针就是连接的纽带,其中某个纽带断裂(即指针指向其他)则后续数据都将丢失)
- 将头指针指向新插入节点
- 新插入节点指针指向原头指针节点
- 长度+1
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def head_insert(self, value): # 链表头部插入 node = Node(value) if self.head.next == None: self.head.next = node node.next = None else: # 插入元素指针域指向原head元素 tmp_head = self.head.next # 原头指针节点存储到tmp_head self.head.next = node # 新head指针指向node node.next = tmp_head # 新插入节点指向原头指针节点 self.length += 1
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链表头部删除节点:
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依旧是先判断链表是否为空,为空则返回False
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链表不为空时:
- 头指针指针域(指针域存放下一节点的内存地址,即头指针节点)指向头指针,也就是说链表第一个节点变成了头指针head,由于head不计入链表,所以就相当于删除了第一个节点(有点绕)
- 同时返回删除的值
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def head_del(self): # 删除头结点,返回头结点的值 if self.head.next == None: return False else: # 头指针指针域指向自己 self.head = self.head.next self.length -= 1 return self.head.value
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链表尾部添加节点:
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创建待插入节点对象
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判断链表是否为空,为空则头指针节点就是待插入节点,也是尾节点
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链表不为空:
- 首先通过while循环(循环条件为节点指针是否为None)找到当前链表的最后一个元素
- 然后将当前最后一个元素指向待插入节点
- 长度+1
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def append(self, value): # 链表尾部添加结点 # 创建新插入的结点对象 node = Node(value) if self.length == 0: self.head.next = node # 只有一个节点,指针指向自己 else: curnode = self.head.next # 变量curnode存放指针 while curnode.next != None: curnode = curnode.next curnode.next = node # 当为最后一个节点时,指针指向新插入节点 self.length += 1
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指定位置后面插入节点:
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这里方法接受两个位置参数,index插入位置和value插入值
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依旧创建新节点对象
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判断是否为空
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在链表不为空的条件下:
- 首先定义一个变量表示当前节点,以及一个index索引比较数i
- 使用while循环,索引比较数i != index时,更新当前节点
- 找到索引位置节点后,首先让插入节点指向索引位置节点的下一个节点
- 然后让索引位置节点指向插入节点
- 链表长度+1
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def insert(self, index, value): node = Node(value) if self.length == 0: self.head.next = node else: i = 0 cur_node = self.head.next while i != index: cur_node = cur_node.next i += 1 node.next = cur_node.next cur_node.next = node self.length += 1
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给定值删除该值节点:
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删除链表中给定的值我们需要遍历整个链表,因此需要创建一个可迭代对象
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定义节点迭代方法
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def iter_node(self): cur_node = self.head.next #当前节点 while cur_node.next != None: # 对除最后一个节点进行可迭代化处理 yield cur_node cur_node = curnode.next if cur_node.next == None: # 对尾节点进行可迭代化处理 yield cur_node
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重写特殊方法?iter?,用来声明这个类是一个迭代器
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def __iter__(self): # 遍历列表节点 for node in self.iter_node(): yield node.value
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首先定义一个Flag变量(默认为False),用来表示删除状态
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依旧判断链表是否为空
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链表不为空时:
- 设置一个前驱节点(当找到需要删除的节点时,先让前驱节点指向删除节点的后继节点)
- for循环遍历链表
- 找到符合条件的值就让前驱节点指向,删除节点的后继节点,然后del删除node,Flag更改为True
- 没找到符合条件的值,就更新前驱节点,继续遍历
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def delete_node(self, value): Flag = False if self.length == 0: return False else: previous_node = self.head # 初始化前置节点为头结点 for node in self.iter_node(): if node.value == value: previous_node.next = node.next # 前置节点指针指向当前节点的后继节点 del node self.length -= 1 Flag = True else: previous_node = node # 更新前置节点的值 return Flag
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完整代码:
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# 定义链表节点类 class Node(object): def __init__(self, value=None, next=None): self.value = value # 节点元素 self.next = next # 指针 # 单链表类 class LinkedList(object): def __init__(self): self.head = Node() # 创建头结点 self.length = 0 # 初始化链表长度 def __len__(self): return self.length def __iter__(self): # 遍历列表节点 for node in self.iter_node(): yield node.value def iter_node(self): curnode = self.head.next while curnode.next != None: yield curnode curnode = curnode.next if curnode.next == None: yield curnode def head_insert(self, value): # 链表头部插入 node = Node(value) if self.head.next == None: self.head.next = node node.next = None else: # 插入元素指针域指向原head元素 tmp_head = self.head.next # 原头指针节点存储到tmp_head self.head.next = node # 新head指针指向node node.next = tmp_head # 新插入节点指向原头指针节点 self.length += 1 def head_del(self): # 删除头结点,返回头结点的值 if self.head.next == None: return False else: # 头指针指针域指向自己 self.head = self.head.next self.length -= 1 return self.head.value def append(self, value): # 链表尾部添加结点 # 创建新插入的结点对象 node = Node(value) if self.length == 0: self.head.next = node # 只有一个节点,指针指向自己 else: curnode = self.head.next # 变量curnode存放指针 while curnode.next != None: curnode = curnode.next curnode.next = node # 当为最后一个节点时,指针指向新插入节点 self.length += 1 # 这里的insert是指定值后面插入不是指定位置 def insert(self, index, value): node = Node(value) if self.length == 0: self.head.next = node self.length += 1 else: for nd in self.iter_node(): if nd.value == index: # 如果nd节点值等于index,则插入到nd后 tmp_node = nd.next # 将nd的指针存放到中间变量 nd.next = node # nd节点指向插入节点 node.next = tmp_node # 插入节点指向原nd.next节点 self.length += 1 return True return False def replace(self, old_value, new_value): index = 0 if self.length == 0: return False else: for node in self.iter_node(): if node == old_value: node.value = new_value index += 1 if index != 0: return index # 替换节点数量(存在节点值相同情况) else: return False # 替换失败,未找到替换值 def delete_node(self, value): Flag = False if self.length == 0: return False else: previous_node = self.head # 初始化前置节点为头结点 for node in self.iter_node(): if node.value == value: previous_node.next = node.next # 前置节点指针指向当前节点的后继节点 del node self.length -= 1 Flag = True else: previous_node = node # 更新前置节点的值 return Flag # 测试 l = LinkedList() l.append(1) l.append(2) l.append(7) l.append(5) l.append(6) l.append(7) l.head_insert(3) print("当前链表长度:%s" %l.length) #print("删除头结点为:%d"% l.head_del()) print("当前链表长度:%s" %l.length) i = 1 #l.delete_node(7) for node in l: print("第%d个链表节点的值: %d"%(i, node)) i += 1
运行结果:
当前链表长度:7
当前链表长度:7
第1个链表节点的值: 3
第2个链表节点的值: 1
第3个链表节点的值: 2
第4个链表节点的值: 7
第5个链表节点的值: 5
第6个链表节点的值: 6
第7个链表节点的值: 7
希望本文所述对大家Python程序设计有所帮助。
Python单链表原理与实现方法详解
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