前言
本篇章主要介绍线性表，并用Python实现单链表的基本操作。
1. 线性表
线性表
是具有相同数据类型的
个数据元素的有限序列。
其中，
称为表头元素，
称为表尾元素，除表头元素外，每一个元素有且仅有一个直接前驱元素，除表尾元素外，每一个元素有且仅有一个直接后继元素。
线性表的顺序存储结构称为顺序表，链式存储结构称为链表。由于顺序表在Python中和列表是一样的，其基本操作和列表的也一样，这里就不在过多叙述，主要介绍链表。
2. 单链表
单链表中的每个结点除存放元素自身的信息外，还存放一个指向其后继元素的指针，其中data为数据域，存放数据元素，next为指针域，存放其后继结点的地址。结点的样子就是下面酱紫：
单链表的节点定义如下：
class LinkNode(object):
def __init__(self, data=None, next=None):
self.data = data
self.next = next
利用单链表可以解决顺序表需要大量连续存储单元的缺点，但单链表附加指针域，也存在浪费存储空间的缺点。由于单链表中的元素离散地分布在存储空间中，所以单链表是非随机存取的存储结构，即不能直接找到表中某个特定的结点，查找某个特定的结点时，需要从头开始遍历，依次查找。
通常用头指针来表示一个单链表，头结点的数据域为None，指针域指向线性表的第一个元素结点。
3. 基本操作
这里简单举个两个栗子：比如我要插入个结点，就是上面那个数据元素为
的结点，这时我需要把这个结点的next域指向数据元素为
的结点，然后头结点(就是前面第一个结点)的next域指向这个结点(中间红色的连接就断开了)；如果是在尾部插入结点，直接将尾部结点的next域指向这个结点即可。再比如我又想删除一个结点，就删除元素为
的那个结点吧，我需要将元素为
的那个结点的next域所指向的结点(元素为
的结点)“赋给”其前面结点(这里是头结点)的next域，换句话说就是头结点的next域指向元素为
的结点。在用Python描述数据结构时，
理解为指向更合适。
下面的头插法和尾插法创建单链表时，创建出的单链表元素顺序正好是相反的，注意观察操作。
| 操作名称 | 操作说明 |
|---|---|
| InsertInHead(val_list) | 头插法创建单链表 |
| InsertInTail(val_list) | 尾插法创建单链表 |
| IsEmpty() | 判断单链表是否为空 |
| LengthList() | 返回单链表的长度 |
| TraverseList() | 打印出单链表里的数据元素 |
| InsertInPosition(pos, data) | 在指定位置插入 |
| SearchWithPosition(pos) | 按位置查找结点 |
| SearchWithVal(data) | 按值查找结点 |
| RemoveWithPosition(pos) | 移除指定位置的结点 |
| RemoveWithVal(data) | 移除指定值的结点 |
书上有关基本操作的具体流程一定要熟记，本篇代码建议和书一起食用。
4. 代码实现
class SingleLinkList(object):
def __init__(self):
self.__head = LinkNode(None)
def InsertInHead(self, val_list):
"""
头插法, 将一个数组转换成单链表
:param val_list:
:return:
"""
prehead = self.__head
for val in val_list:
new_node = LinkNode(val)
if self.IsEmpty():
prehead.next = new_node
else:
new_node.next = prehead.next
prehead.next = new_node
def InsertInTail(self, val_list):
"""
尾插法, 将一个数组转换成单链表
:param val_list:
:return:
"""
prehead = self.__head
for val in val_list:
new_node = LinkNode(val)
prehead.next = new_node
prehead = prehead.next
def IsEmpty(self):
"""
判断单链表是否为空, 空表返回True
:return:
"""
if self.__head.next is None:
return True
def LengthList(self):
"""
返回单链表的长度
:return:
"""
prehead = self.__head
count = 0
if self.IsEmpty():
return count
while prehead.next:
count += 1
prehead = prehead.next
return count
def TraverseList(self):
"""
遍历单链表, 并打印
:return:
"""
prehead = self.__head
if self.IsEmpty():
print('链表为空!')
return 0
while prehead.next:
prehead = prehead.next
print(prehead.data, end=' ')
print('')
def InsertInPosition(self, pos, data):
"""
在某个位置插入
:param pos: [1, LengthSingleLinkList + 1]
:param data:
:return:
"""
prehead = self.__head
new_node = LinkNode(data)
if pos <= 0 or pos > self.LengthList() + 1:
print('插入位置错误!')
return 0
count = 0
while count < pos - 1:
prehead = prehead.next
count += 1
new_node.next = prehead.next
prehead.next = new_node
def SearchWithPosition(self, pos):
"""
按位置查找元素
:param pos: [1, LengthSingleLinkList]
:return:
"""
prehead = self.__head
if pos <= 0 or pos > self.LengthList():
print('位置错误!')
return -1
count = 0
while count < pos:
prehead = prehead.next
count += 1
data = prehead.data
return data
def SearchWithVal(self, data):
"""
按值查找元素
:param data:
:return:
"""
prehead = self.__head
count = 0
while prehead.next:
prehead = prehead.next
count += 1
if prehead.data == data:
return count
print('该节点不存在!')
return -1
def RemoveWithPosition(self, pos):
"""
按位置移除元素
:param pos: [1, LengthSingleLinkList]
:return:
"""
prehead = self.__head
if pos <= 0 or pos > self.LengthList():
print('位置错误!')
return -1
count = 0
while count < pos - 1:
prehead = prehead.next
count += 1
temp = prehead.next
prehead.next = temp.next
del temp
def RemoveWithVal(self, data):
"""
按值移除元素
:param data:
:return:
"""
prehead = self.__head
while prehead.next:
prev = prehead
prehead = prehead.next
if prehead.data == data:
prev.next = prehead.next
return -1
print('该节点不存在!')
测试代码如下：
from LinkList import SingleLinkList
if __name__ == '__main__':
l1 = SingleLinkList()
print('头插法创建单链表l1: ', end='')
l1.InsertInHead([1, 3, 5, 7, 9, 10])
l1.TraverseList()
l2 = SingleLinkList()
print('尾插法创建单链表l2: ', end='')
l2.InsertInTail([1, 3, 5, 7, 9, 10])
l2.TraverseList()
print('链表l2的长度为: %d' % l2.LengthList())
print('在链表l2的第3个位置上插入值为2的节点: ', end='')
l2.InsertInPosition(3, 2)
l2.TraverseList()
print('链表l2的第4个位置上的节点的值为: %d' % l2.SearchWithPosition(4))
print('链表l2值为9的节点的位置为: %d' % l2.SearchWithVal(9))
print('移除链表l2的第5个位置上的节点: ', end='')
l2.RemoveWithPosition(5)
l2.TraverseList()
print('移除链表l2值为1的节点: ', end='')
l2.RemoveWithVal(1)
l2.TraverseList()
测试代码如下：
结束语
单链表是链表里面最基础的一个，理解了这个，其他链表也就不过如此了，最重要的是，链表的基本操作过程要记清楚，链表主要就是指针的指向，不要弄混或乱序。