python_数据结构与算法_DAY03&&DAY04

最新推荐文章于 2025-05-26 07:00:00 发布

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#数据结构 #python #算法

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本文探讨了单向链表的增删查改操作，以及与顺序表的对比，特别关注了单向循环链表的特点，包括头部和尾部插入，以及双向链表的节点结构和常用操作。

文章目录

一、链表

一、链表

1. 单向链表

(1). 增加，遍历，删除等操作

#coding=utf-8

class Node(object):
    '''节点类'''
    def __init__(self,elem):
        self.elem=elem
        self.next=None   #一开始不知道这个节点指向谁

    pass


# node=Node(100)
class SingLinkList(object):
    '''单链表类'''
    def __init__(self,node=None):
        self.__head = node   #一个私有的head属性指向了None
    pass

    def is_empty(self):
        '''链表是否为空'''
        return self.__head==None
        pass

    def length(self):
        '''链表长度'''
        cur=self.__head  #cur游标：用来移动遍历节点
        count=0 #count：记录数量
        while cur!=None:
            count+=1
            cur=cur.next
        return count

        pass

    def travel(self):
        '''遍历整个链表'''
        cur=self.__head
        while cur!=None:
            print(cur.elem,end=' ')
            cur=cur.next
        print('')
        pass

    def add(self,item):
        '''链表头部添加元素'''
        node=Node(item)
        node.next=self.__head
        self.__head=node
        pass

    def append(self,item):
        '''链表尾部添加元素'''
        node=Node(item)
        if self.is_empty():
            self.__head=node
        else:
            cur=self.__head
            while cur.next!=None:
                cur=cur.next
            cur.next=node
        pass

    def insert(self,pos, item):
        '''指定位置添加元素
        :param  pos 从0开始
        '''
        if pos<=0:   #认为是头插法
            self.add(item)
            pass
        elif pos>self.length()-1:   #不能包含等号
            self.append(item)
        else:
            node=Node(item)
            pre=self.__head
            count=0
            while count!=pos-1:
                count+=1
                pre=pre.next
                pass   #当循环结束后，per指向pos-1位置
            node.next=pre.next
            pre.next=node
            pass

    def remove(self,item):
        '''删除节点'''
        cur=self.__head
        pre=None
        while cur!=None:
            if cur.elem==item:
                #先判断此节点是否是头节点
                if cur==self.__head:  #是头节点
                    self.__head=cur.next
                else:      #不是头节点
                    pre.next=cur.next
                break
            else:
                pre=cur
                cur=cur.next

    def search(self,item):
        '''查找节点是否存在'''
        cur=self.__head
        while cur != None:
            if cur.elem==item:
                return True
            else:
                cur=cur.next
        return False
        pass

if __name__=='__main__':
    ll=SingLinkList()
    print(ll.is_empty())
    print(ll.length())

    ll.append(1)
    print(ll.is_empty())
    print(ll.length())
    ll.append(2)
    ll.append(3)
    ll.append(4)
    ll.append(5)
    ll.append(6)
    print(ll.is_empty())
    print(ll.length())

    ll.add(100)
    ll.travel()
    ll.insert(2,50)
    ll.travel()
    ll.insert(-1,20)
    ll.travel()
    ll.insert(80, 20)
    ll.travel()
    print(ll.search(20))
    print(ll.search(30))
    ll.remove(100)
    ll.travel()
    ll.remove(20)
    ll.travel()
    ll.remove(20)
    ll.travel()

运行结果:
True
0
False
1
False
6
100 1 2 3 4 5 6 
100 1 50 2 3 4 5 6 
20 100 1 50 2 3 4 5 6 
20 100 1 50 2 3 4 5 6 20 
True
False
20 1 50 2 3 4 5 6 20 
1 50 2 3 4 5 6 20 
1 50 2 3 4 5 6

(2). 链表与顺序表的对比

链表失去了顺序表随机读取的优点，同时链表由于增加了结点的指针域，空间开销比较大，但对存储空间的使用要相对灵活。

链表与顺序表的各种操作复杂度如下所示：
在这里插入图片描述

注意虽然表面看起来复杂度都是 O(n)，但是链表和顺序表在插入和删除时进行的是完全不同的操作。链表的主要耗时操作是遍历查找，删除和插入操作本身的复杂度是O(1)。顺序表查找很快，主要耗时的操作是拷贝覆盖。因为除了目标元素在尾部的特殊情况，顺序表进行插入和删除时需要对操作点之后的所有元素进行前后移位操作，只能通过拷贝和覆盖的方法进行。

2.单向循环链表

单向循环链表的相关常用操作

#coding=utf-8

class Node(object):
    '''节点类'''
    def __init__(self,elem):
        self.elem=elem
        self.next=None   #一开始不知道这个节点指向谁
    pass


# node=Node(100)
class SingCycleLinkList(object):
    '''单向循环链表类'''
    def __init__(self,node=None):
        self.__head = node   #一个私有的head属性指向了None
        if node:
            node.next=node
    pass

    def is_empty(self):
        '''链表是否为空'''
        return self.__head==None
        pass

    def length(self):
        '''链表长度'''
        if self.is_empty():
            return 0
        cur=self.__head     #cur游标：用来移动遍历节点
        count=1    #count：记录数量
        while cur.next!=self.__head:
            count+=1
            cur=cur.next
        return count
        pass

    def travel(self):
        '''遍历整个链表'''
        if self.is_empty():
            return
        cur=self.__head
        while cur.next!=self.__head:
            print(cur.elem,end=' ')
            cur=cur.next
        #退出循环，cur指向尾节点，但尾节点的元素未打印
        print(cur.elem)
        print('')
        pass

    def add(self,item):
        '''链表头部添加元素'''
        node=Node(item)
        if self.is_empty():
            self.__head=node
            node.next=node
        cur=self.__head
        while cur.next!=self.__head:
            cur=cur.next
            pass
        node.next=self.__head
        self.__head=node
        cur.next=node
        pass

    def append(self,item):
        '''链表尾部添加元素'''
        node=Node(item)
        if self.is_empty():
            self.__head=node
            node.next=node
        else:
            cur=self.__head
            while cur.next!=self.__head:
                cur=cur.next
            node.next=cur.next
            cur.next=node

        pass

    def insert(self,pos, item):
        '''指定位置添加元素
        :param  pos 从0开始
        '''
        if pos<=0:   #认为是头插法
            self.add(item)
            pass
        elif pos>self.length()-1:   #认为是尾插法，不能包含等号
            self.append(item)
        else:
            node=Node(item)
            pre=self.__head
            count=0
            while count!=pos-1:
                count+=1
                pre=pre.next
                pass   #当循环结束后，per指向pos-1位置
            node.next=pre.next
            pre.next=node
            pass

    def remove(self,item):
        '''删除节点'''
        if self.is_empty():
            return
        cur=self.__head
        pre=None
        while cur.next!=self.__head:
            if cur.elem==item:
                #先判断此节点是否是头节点
                if cur==self.__head:  #是头节点,先找尾节点
                    rear=self.__head
                    while rear.next !=self.__head:
                        rear=rear.next
                    #跳出循环时rear指向尾节点
                    self.__head=cur.next
                    rear.next=self.__head
                else:      #中间节点
                    pre.next=cur.next
                return
            else:
                pre=cur
                cur=cur.next
        # 跳出while循环，cur指向尾结点
        if cur.elem==item:
            if cur==self.__head:
                #说明链表只有这一个节点
                self.__head=None
            else:
                pre.next = cur.next


    def search(self,item):
        '''查找节点是否存在'''
        if self.is_empty():
            return False
        cur=self.__head
        while cur.next != self.__head:    #不要忘了这样写的话最后一个遍历不到
            if cur.elem==item:
                return True
            else:
                cur=cur.next
        if cur.elem==item:
            return True
        else:
            return False
        pass

if __name__=='__main__':
    ll=SingCycleLinkList()
    print(ll.is_empty())
    print(ll.length())

    ll.append(1)
    print(ll.is_empty())
    print(ll.length())
    ll.append(2)
    ll.append(3)
    ll.append(4)
    ll.append(5)
    ll.append(6)
    print(ll.is_empty())
    print(ll.length())

    ll.add(100)
    ll.travel()
    ll.insert(2,50)
    ll.travel()
    ll.insert(-1,20)
    ll.travel()
    ll.insert(80, 20)
    ll.travel()
    print(ll.search(20))
    print(ll.search(30))
    ll.remove(100)
    ll.travel()
    ll.remove(20)
    ll.travel()
    ll.remove(20)
    ll.travel()

运行结果:
True
0
False
1
False
6
100 1 2 3 4 5 6
100 1 50 2 3 4 5 6
20 100 1 50 2 3 4 5 6
20 100 1 50 2 3 4 5 6 20
True
False
20 1 50 2 3 4 5 6 20
1 50 2 3 4 5 6 20
1 50 2 3 4 5 6

3.双向链表

双向链表的相关常用操作

#coding=utf-8
class Node(object):
    '''结点'''
    def __init__(self,item):
        self.elem=item
        self.next=None
        self.prev=None


class DoubleLinkList(object):
    '''双链表'''

    def __init__(self, node=None):
        self.__head = node  # 一个私有的head属性指向了None

    pass

    def is_empty(self):
        '''链表是否为空'''
        return self.__head is None
        pass

    def length(self):
        '''链表长度'''
        cur = self.__head  # cur游标：用来移动遍历节点
        count = 0  # count：记录数量
        while cur != None:
            count += 1
            cur = cur.next
        return count

        pass

    def travel(self):
        '''遍历整个链表'''
        cur = self.__head
        while cur != None:
            print(cur.elem, end=' ')
            cur = cur.next
        print('')
        pass

    def add(self, item):
        '''链表头部添加元素'''
        node = Node(item)
        node.next = self.__head
        self.__head = node
        node.next.prev=node
        pass

    def append(self, item):
        '''链表尾部添加元素'''
        node = Node(item)
        if self.is_empty():
            self.__head = node
        else:
            cur = self.__head
            while cur.next != None:
                cur = cur.next
            cur.next = node
            node.prev=cur
        pass

    def insert(self, pos, item):
        '''指定位置添加元素
        :param  pos 从0开始
        '''
        if pos <= 0:  # 认为是头插法
            self.add(item)
            pass
        elif pos > self.length() - 1:  # 不能包含等号
            self.append(item)
        else:
            node = Node(item)
            cur = self.__head
            count = 0
            while count != pos:
                count += 1
                cur = cur.next
                pass  # 当循环结束后，per指向pos-1位置
            node.next = cur
            node.prev=cur.prev
            cur.prev= node
            node.prev.next=node
            pass

    def remove(self, item):
        '''删除节点'''
        cur = self.__head
        while cur != None:
            if cur.elem == item:
                # 先判断此节点是否是头节点
                if cur == self.__head:  # 是头节点
                    self.__head = cur.next
                    if cur.next:   #如果后面有就走这个if，后面没有了就不走（判断链表是否是只有一个节点）
                        cur.next.prev=None
                else:  # 不是头节点
                    cur.prev.next= cur.next
                    if cur.next:  #判断是否是最后一个节点
                        cur.next.prev= cur.prev
                break
            else:
                pre = cur
                cur = cur.next

    def search(self, item):
        '''查找节点是否存在'''
        cur = self.__head
        while cur != None:
            if cur.elem == item:
                return True
            else:
                cur = cur.next
        return False
        pass


if __name__=='__main__':
    ll=DoubleLinkList()
    print(ll.is_empty())
    print(ll.length())

    ll.append(1)
    print(ll.is_empty())
    print(ll.length())
    ll.append(2)
    ll.append(3)
    ll.append(4)
    ll.append(5)
    ll.append(6)
    print(ll.is_empty())
    print(ll.length())

    ll.add(100)
    ll.travel()
    ll.insert(2, 50)
    ll.travel()
    ll.insert(-1, 20)
    ll.travel()
    ll.insert(80, 20)
    ll.travel()
    print(ll.search(20))
    print(ll.search(30))
    ll.remove(100)
    ll.travel()
    ll.remove(20)
    ll.travel()
    ll.remove(20)
    ll.travel()

运行结果:
True
0
False
1
False
6
100 1 2 3 4 5 6 
100 1 50 2 3 4 5 6 
20 100 1 50 2 3 4 5 6 
20 100 1 50 2 3 4 5 6 20 
True
False
20 1 50 2 3 4 5 6 20 
1 50 2 3 4 5 6 20 
1 50 2 3 4 5 6