CodeSalt | Python數據結構的實現 — 鏈表

Python數據結構實現—鏈表

1. 簡單介紹

鏈表(Linked list)是一種常見的基礎數據結構，是一種線性表，可是並不會按線性的順序存儲數據，而是在每個節點裏存到下一個節點的指針(Pointer)。—— 維基百科

鏈表的基本構造塊是節點(Node)。咱們將在文章的第2部分經過Python實現一個簡單的Node類。

一個單向鏈表的構造以下圖1所示包含兩個域：

1. 信息域：當前節點的值(Data or Value)
2. 指針域：指向下一個節點的指針連接(Reference or Link)

注1:必須明確指定鏈表的第一項的位置。一旦咱們知道第一項在哪裏，第一項目能夠告訴咱們第二項是什麼，依次類推。按照一個方向遍歷，直到最後一項（最後一個節點），最後一項須要知道沒有下一項。
注2:這些節點在邏輯上是相連的，但要知道它們在物理內存上並不相連。

2. 準備工做

2.1 Node類

咱們先來實現Node類：

class Node(object):
    def __init__(self, initdata):
        self.data = initdata
        # 引用None表明沒有下一節點
        self.next = None
    # 得到數據
    def getData(self):
        return self.data
    # 得到下一個節點的引用
    def getNext(self):
        return self.next
    # 修改數據
    def setData(self, newdata):
        self.data = newdata
    # 修改下一節點的引用
    def setNext(self, newnext):
        self.next = newnext

建立一個Node對象試試：

>>> tmp = Node(33)
>>> tmp
<__main__.Node object at 0x1022699b0>
>>> tmp.getData()
33

2.2 Unordered List類

只要知道第一個節點（包含第一個項），那麼以後的每一個節點均可以經過指向下一個節點的連接 依次找到。
考慮到這樣的狀況，Unordered List類只要維護對第一個節點的引用就能夠了。Unordered List類自己不包含任何節點對象，它只包含對鏈表結構中第一個節點的單個引用！

class unOrderedList():
    def __init__(self):
        # 初始化None表示此時鏈表的頭部不引用任何內容
        self.head = None

建立一個空的鏈表試試(如圖2所示)：

>>> myList = unOrderedList()

咱們可經過下面的 isEmpty() 方法檢查是否爲空鏈表：

# 只有在鏈表中沒有節點的時候爲真
def isEmpty(self):
    return self.head == None

添加元素後的鏈表是這樣的(如圖3所示)，稍後在文章第3部分實現添加方法：

3. 基本操做的實現

3.1 add()在鏈表前端添加元素

因爲是在前端添加，所以最後添加的在最前端。

def add(self, item):
    temp = Node(item) # Step0:建立一個新節點並將新項做爲數據
    temp.setNext(self.head) # Step1:更改新節點的下一個引用以引用舊鏈表的第一個節點
    self.head = temp # Step2:從新設置鏈表的頭以引用新節點

添加元素——執行mylist.add(26)時候的圖解以下:

>>> mylist.add(31)
>>> mylist.add(77)
>>> mylist.add(17)
>>> mylist.add(93)
>>> mylist.add(26)

3.2 size()求鏈表長度

def size(self):
    current = self.head
    count = 0
    while current != None:
        count += 1
        current = current.getNext()
    return count

經過current遍歷鏈表並對節點計數。
圖解以下:

3.3 search()查找

def search(self, item):
    current = self.head
    found = False
    while current != None and not found:
        if current.getData() == item:
            found = True
        else:
            current = current.getNext()
    return found

經過current遍歷鏈表，使用found標記是否找到了正在尋找的項。
圖解以下:

3.4 remove()刪除

def remove(self, item):
    current = self.head
    previous = None
    found = False
    while not found:
        if current.getData() == item:
            found = True
        else:
            previous = current
            current = current.getNext()
    if previous == None:
    # 當要刪除的項目剛好是鏈表中的第一個項，這時候prev是None，須要修改head以引用current以後的節點
        self.head = current.getNext()
    else:
        previous.setNext(current.getNext())

3.4.1 上面的特殊狀況，即要刪除的剛好是第一個節點的圖解以下：

3.4.2 其餘狀況，即要刪除的是鏈表中的節點（非第一個）：

咱們遍歷鏈表，先搜索，再刪除。
1.搜索：
使用previous與current進行移動，藉助found標記是否找到。
一旦found爲True，current就是對包含要刪除的項的節點的引用。
2.刪除（修改引用）：
咱們把previous的對下一節點的引用設爲current的下一節點。

以上兩過程的圖解以下：

參考：
problem-solving-with-algorithms-and-data-structure-using-python
python-wikipedia

若有錯誤，還望指正~
完整實現及測試可在Github找到：Python-DataStructure-Implementation感謝。