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參考自：單鏈表頭指針、頭結點、頭元結的辨析

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文章目錄

• • 算法與數據結構–基于python
  • • 鏈表
    • • 為啥需要鏈表
      • 什么是鏈表
    • 單向鏈表
    • • 什么是單向鏈表
      • 單列表的操作
      • 節點的實現
      • 單鏈表的實現
      • 鏈表與順序表的對比

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算法與數據結構–基于python

鏈表

為啥需要鏈表

順序表的構建需要預先知道數據大小來申請連續的存儲空間，而在進行擴充時又需要進行數據的搬遷，所以使用起來不是很靈活；而鏈表結構可以充分利用計算機內存空間，實現靈活的內存動態管理。

什么是鏈表

鏈表結構可以充分利用計算機內存空間，實現靈活的內存動態管理，鏈表是一種常見的基礎數據結構，是一種線性表，但是不像順序表一樣連續存儲數據，而是在每一個結點（數據存儲單元）里存放下一個結點的位置信息（即地址）。

單向鏈表

什么是單向鏈表

單向鏈表也叫單鏈表，是鏈表中最簡單的一種形式；它的每個結點包含兩個域，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結點，而最后一個結點的鏈接域則指向一個空值。

• 圖示

單鏈表也可以沒有頭結點，如果沒有頭結點的話，那么單鏈表就會變成這樣：

• 關于頭結點

頭結點是為了操作的統一與方便而設立的，放在第一個元素結點之前，其數據域一般無意義（當然有些情況下也可存放鏈表的長度、用做監視哨等等），首元結點也就是第一個元素的結點，它是頭結點后邊的第一個結點，頭結點不是鏈表所必需的。

• 關于頭指針

在線性表的鏈式存儲結構中，頭指針是指鏈表指向第一個結點的指針，若鏈表有頭結點，則頭指針就是指向鏈表頭結點的指針；頭指針具有標識作用，故常用頭指針冠以鏈表的名字；無論鏈表是否為空，頭指針均不為空，頭指針是鏈表的必要元素。

單列表的操作

is_empty() #鏈表是否為空 length() #鏈表長度 travel() #遍歷整個鏈表 append(item) #鏈表尾部添加元素 add(item) #鏈表頭部添加元素 insert(pos, item) #指定位置添加元素 search(item) #查找結點是否存在 remove(item) #刪除結點

節點的實現

class Node:def __init__(self, elem):#初始化數據區self.elem = elem#初始化鏈接區self.next = None

單鏈表的實現

首先，我們參照下圖中的鏈表形式，來構造我們的單鏈表：

同時，我們參照下圖中的尾插法，在我們的鏈表末尾插入數據：

參照下圖中的頭插法，在鏈表頭部添加元素：

參照下圖中的插入法，在鏈表中指定位置插入元素：

參照下圖中的刪除法，在鏈表中刪除某個指定元素：

定義單鏈表：

class SingleLinkedList:def __init__(self):#頭指針self.__head = None#判斷鏈表是否為空def is_empty(self):return self.__head is None#查詢長度def length(self):#判斷是否為空if self.is_empty():return 0else:#定義游標cur = self.__head#計數count = 0while cur != None:cur = cur.nextcount += 1return count#遍歷鏈表def travel(self):if self.is_empty():returnelse:#定義游標cur = self.__headwhile cur != None:#打印數據print(cur.elem, " ")cur = cur.nextprint('')#鏈表尾部添加元素def append(self, item):#定義新節點node = Node(item)#判斷鏈表是否為空if self.is_empty():self.__head = nodeelse:cur = self.__headwhile cur.next!= None:cur = cur.next#while循環結束后，cur到達了最后一個節點cur.next = node#鏈表開頭插入def add(self, item):#新節點node = Node(item)if self.is_empty():self.__head = nodeelse:node.next = self.__headself.__head = node#鏈表中指定位置插入def insert(self, pos, item):#新節點if pos < 0:self.add(item)elif pos > (self.length() - 1):self.append(item)else:node = Node(item)pre = self.__headcount = 0while count < (pos -1):pre = pre.nextcount += 1#下面的兩行代碼順序不可變node.next = pre.nextpre.next = node#查找節點def search(self, item):if self.is_empty():return Falseelse:cur = self.__headwhile cur!= None:if cur.elem == item:return Trueelse:cur = cur.nextreturn False#刪除節點def remove(self,item):if self.is_empty():returnelse:# 定義cur游標cur = self.__head# 定義pre游標pre = None# 查找所有的位置有沒有要刪除的，若有則刪while cur != None:# 判斷cur指向的數據，是否為要刪的數據if cur.elem == item:# 考慮特殊情況，恰好要刪的是第一個元素if cur == self.__head:# 頭結點指向后一個結點self.__head = cur.nextelse:# 刪除pre.next = cur.nextreturnelse:# 移動游標，先移動pre，再移動curpre = curcur = cur.next

測試：

if __name__ == "__main__":sll = SingleLinkedList()print(sll.is_empty())print(sll.length())print('-'*20)sll.travel()print('-'*20)sll.append(1)sll.add(2)sll.append(3)sll.travel()print('-'*20)print(sll.is_empty())print(sll.length())print('-'*20)sll.insert(1,'abc')sll.travel()print(sll.search(2))print('-'*20)sll.remove('abc')sll.travel()

輸出：

True 0 -------------------- -------------------- 2 1 3 -------------------- False 3 -------------------- 2 abc 1 3 True -------------------- 2 1 3

鏈表與順序表的對比

鏈表與順序表各種操作的時間復雜度：

操作鏈表順序表

訪問元素	O(n)	O(1)
在頭部插入/刪除	O(1)	O(n)
在尾部插入/刪除	O(n)	O(1)
在中間插入/刪除	O(n)	O(n)

總結

以上是生活随笔為你收集整理的算法与数据结构(part6)--单向链表的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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