python数据结构：列表

1.什么是列表

❖在前面基本数据结构中，采用PythonList来实现了多种线性数据结构
❖列表List是一种简单强大的数据集结构，提供了丰富的操作接口
但并不是所有的编程语言都提供了List数据类型，有时候需要程序员自己实现。
❖列表是一种数据项按照相对位置存放的数据集
特别的，被称为“无序表unordered list”
其中数据项只按照存放位置来索引，如第1个、第2个……、最后一个等。（为了简单起见，假设表中不存在重复数据项）
❖如一个考试分数的集合“54,26,93,17,77和31”
❖如果用无序表来表示，就是[54,26,93,17,77,31]

2.抽象数据类型：无序表List

2.1无序表List的操作如下：

List()：创建一个空列表
add(item)：添加一个数据项到列表中，假设item原先不存在于列表中
remove(item)：从列表中移除item，列表被修改，item原先应存在于表中
search(item)：在列表中查找item，返回布尔类型值
isEmpty()：返回列表是否为空
size()：返回列表包含了多少数据项
append(item)：添加一个数据项到表末尾，假设item原先不存在于列表中
index(item)：返回数据项在表中的位置
insert(pos, item)：将数据项插入到位置pos，假设item原先不存在与列表中，同时原列表具有足够多个数据项，能让item占据位置pos
pop()：从列表末尾移除数据项，假设原列表至少有1个数据项
pop(pos)：移除位置为pos的数据项，假设原列表存在位置pos

3.采用链表实现无序表

为了实现无序表数据结构，可以采用链接表的方案。
❖虽然列表数据结构要求保持数据项的前后相对位置，
但这种前后位置的保持，
并不要求数据项依次存放在连续的存储空间

❖如下图，数据项存放位置并没有规则，
但如果在数据项之间建立链接指向，就可以保持其前后相对位置

3.1 链表实现：节点Node

❖链表实现的最基本元素是节点Node
每个节点至少要包含2个信息：数据项本身，以及指向下一个节点的引用信息
注意next为None的意义是没有下一个节点了，这个很重要

class Node:
    def _init_(self,initdata):
        self.data=initdata
        self.next=None
    def getData(self):
        return self.data
    def getNext(self):
        return self.next
    def setData(self,newdata):
        self.data=newdata
    def setNext(self,newnext):
        self.next=newnext
temp=Node()
temp._init_(93)
print(temp.getData())
print(temp.getNext())

93
None

3.2 链表实现: 无序表UnorderedList

可以采用链接节点的方式构建数据集来实现无序表
❖链表的第一个和最后一个节点最重要
如果想访问到链表中的所有节点，就必须从第一个节点开始沿着链接遍历下去
❖所以无序表必须要有对第一个节点的引用信息
❖设立一个属性head，保存对第一个节点的引用空表的head为None

class UnorderList:
    def __init__(self):
        self.head=None
mylist=UnorderList()
print(mylist.head)

None

随着数据项的加入，无序表的head始终指向链条中的第一个节点
❖注意！无序表mylist对象本身并不包含数据项（数据项在节点中）
其中包含的head只是对首个节点Node的引用
判断空表的isEmpty()很容易实现

❖接下来，考虑如何实现向无序表中添加数据项，实现add方法。
❖由于无序表并没有限定数据项之间的顺序
❖新数据项可以加入到原表的任何位置
❖按照实现的性能考虑，应添加到最容易加入的位置上。

❖由链表结构我们知道要访问到整条链上的所有数据项
❖都必须从表头head开始沿着next链接逐个向后查找
❖所以添加新数据项最快捷的位置是表头，整个链表的首位置。

3.3 链表实现: add方法及实现

❖链接次序很重要！链接次序很重要！链接次序很重要！

3.4 链表实现: size

❖size：从链条头head开始遍历到表尾同时用变量累加经过的节点个数。
链式结构size的时间复杂度为O(n),顺序结构为O(1)。现在为链式

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

3.5 链表实现: search

❖从链表头head开始遍历到表尾，同时判断当前节点的数据项是否目标

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

3.6 链表实现: remove(item)方法

首先要找到item，这个过程跟search一样，但在删除节点时，需要特别的技巧
current指向的是当前匹配数据项的节点
而删除需要把前一个节点的next指向current的下一个节点
所以我们在search current的同时，还要维护前一个(previous)节点的引用
❖找到item之后，current指向item节点，previous指向前一个节点，开始执行删除，需要区分两种情况：
current是首个节点；或者是位于链条中间的节

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:
        self.head=current.getNext()
    else:
        previous.setNext(current.getNext())