Python数据结构学习笔记——链表：无序链表和有序链表

Posted 2022-02-08 晚风(●•σ )

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Python数据结构学习笔记——链表：无序链表和有序链表相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

一、链表

链表中每一个元素都由为两部分构成：一是该链表节点的数据，二是指向下一个节点的引用。
1、定义节点类，链表中的节点包含数据以及指向下一个节点的引用，在构造方法中定义一个变量data用于存储数据，另定义一个变量next等于None，即指向None的引用，代表传入的节点后面没有元素（由于不确定传入的元素数目），使其指向一个空值；

# 节点类
class Node:
    def __init__(self, initdata):
        self.data = initdata
        self.next = None  # 指向空值，初始化next

2、返回当前指向节点的数据

    def getData(self):
        return self.data  # 返回当前数据，无需参数

3、返回当前指向节点指向下一个节点的引用

def getNext(self):
        return self.next  # 返回当前指向下一个节点的引用，无需参数

4、传入新的节点数据

def setData(self, newdata):
        self.data = newdata  # 添加新的数据，包含参数newdata

5、传入指向下一个节点的引用

def setNext(self, newnext):
        self.next = newnext  # 添加新的指向引用，包含参数newnext

通过向链表中添加节点数据以及指向和传入节点的引用来测试，完整代码如下：

# 节点类
class Node:
    def __init__(self, initdata):
        self.data = initdata
        self.next = None  # 指向空值，初始化next

    def getData(self):
        return self.data  # 返回当前数据，无需参数

    def getNext(self):
        return self.next  # 返回当前指向下一个节点的引用，无需参数

    def setData(self, newdata):
        self.data = newdata  # 添加新的数据，包含参数newdata

    def setNext(self, newnext):
        self.next = newnext  # 添加新的指向引用，包含参数newnext


c = Node(2)  # 向链表中传入节点数据"2"
print(c.getData())  # 获取当前指向节点的数据
print(c.getNext())  # 返回当前指向节点指向下一个节点的引用，由于初始化指向引用为None，所以为None
c.setData(36)  # 传入新的节点数据"36"
print(c.getData())  # 获取当前指向节点的数据
c.setData("st")
c.setNext("st")  # 传入指向下一个节点的引用为st
print(c.getNext())
print(c.getData())

运行结果如下：

二、无序链表实现步骤分析

通过定义一个无序列表UnorderedList类，然后基于链表Node类的方法实现无序链表，无序列表本身不包含链表中的任何节点，只是其头部指向整个链表结构中第一个节点的引用，该节点包含指向下一个节点的引用。
1、定义无序列表类，head指向None，它表示无序列表的头部没有指向任何节点，即说明这是一个空列表。

# 无序列表类
class UnorderedList:
    def __init__(self):
        self.head = None  # 表示无序列表的头部没有指向任何节点

2、检查列表是否为空，通过比较运算符“==”比较队列是否为空（None），若为空，则返回布尔值False，若不为空，则返回True；

    def isEmpty(self):  # 检查无序列表是否为空，不需要参数，返回一个布尔值
        return self.head == None

3、向列表中添加元素，通过节点类Node()的构造方法添加新元素temp，然后利用节点类的setNext()方法传入新的指向引用，即指向链表的头部，此时再将新元素赋值给链表的头部；

    def add(self, item):  # 向列表中添加元素
        temp = Node(item)  # 添加新元素temp
        temp.setNext(self.head)  # 传入新的指向引用，指向链表的头部   
        self.head = temp  # 将新元素赋值给链表的头部

4、返回列表中元素数目，首先初始化变量current将列表的头节点赋值给它，然后对列表进行遍历；

    def length(self):  # 返回列表中元素数目
        current = self.head  # 定义中间变量current，列表的头节点赋值给该变量
        count = 0
        while current != None:  # 列表遍历
            count = count + 1  # 每当指向一个节点，变量count递加1
            current = current.getNext()  # 返回当前指向下一个节点的引用并赋值给变量current
        return count

5、搜索指定的列表元素，通过输入参数item搜索，遍历列表，found作为一个布尔值，初值为False，若定义的中间变量current的数据等于要搜索的元素时，则说明已搜索到该元素，并将布尔值True赋值给变量found，改变其值然后返回True值；

    def search(self, item):  # 在列表中搜索元素item，需参数item
        current = self.head  # 定义中间变量current，列表的头节点赋值给该变量
        found = False
        while current != None and not found:
            if current.geatData() == item:  # 若定义的中间变量的数据等于要搜索的元素时，则将布尔值True赋值给变量found，改变其值
                found = True
            else:  # 若不是要搜索的元素，即对下一个节点进行搜索
                current = current.getNext()  # 返回当前指向下一个节点的引用并赋值给变量current
        return found

6、删除指定的列表元素，删除操作的第一步也是先搜索要要删除的元素；

    def remove(self, item):  # 从列表中删除元素item，需参数item
        current = self.head  # 定义中间变量current，列表的头节点赋值给该变量，标记当前位置
        previous = None  # 定义变量previous为空
        found = False
        while not found:  # 若定义的found变量布尔值为True时，while循环一直执行下去
            if current.getData() == item:
                found = True
            else:  # 若found变量布尔值改变，执行以下操作
                previous = current  # 将列表的头节点赋值给该变量previous
                current = current.getNext()  # 返回当前指向下一个节点的引用并赋值给变量current
        if previous == None:  # 若要删除的元素是列表中的头节点时，需改变列表的头节点
            self.head = current.getNext()  # 返回当前指向下一个节点的引用并赋值给列表的头节点
        else:
            previous.setNext(current.getNext())  # 使用previous的setNext方法来完成移除操作，添加新的指向引用，修改后的引用都指向当前指向下一个节点的引用

三、无序链表的Python实现代码

完整代码及测试如下：

# 节点类
class Node:
    def __init__(self, initdata):
        self.data = initdata
        self.next = None  # 指向空值，初始化next

    def getData(self):
        return self.data  # 返回当前数据，无需参数

    def getNext(self):
        return self.next  # 返回当前指向下一个节点的引用，无需参数

    def setData(self, newdata):
        self.data = newdata  # 添加新的数据，包含参数newdata

    def setNext(self, newnext):
        self.next = newnext  # 添加新的指向引用，包含参数newnext


# 无序列表类
class UnorderedList:
    def __init__(self):
        self.head = None  # 表示无序列表的头部没有指向任何节点

    def isEmpty(self):  # 检查无序列表是否为空，不需要参数，返回一个布尔值
        return self.head == None

    def add(self, item):  # 向列表中添加元素
        temp = Node(item)  # 通过节点类Node()的构造方法添加新元素temp
        temp.setNext(self.head)  # 通过节点类的setNext()方法传入新的指向引用，指向链表的头部
        self.head = temp  # 将新元素赋值给链表的头部

    def length(self):  # 返回列表中元素数目
        current = self.head  # 定义中间变量current，列表的头节点赋值给该变量，标记当前位置
        count = 0
        while current != None:  # 列表遍历
            count = count + 1  # 每当指向一个节点，变量count递加1
            current = current.getNext()  # 返回当前指向下一个节点的引用并赋值给变量current
        return count

    def search(self, item):  # 在列表中搜索元素item，需参数item
        current = self.head  # 定义中间变量current，列表的头节点赋值给该变量，标记当前位置
        found = False
        while current != None and not found:
            if current.getData() == item:  # 若定义的中间变量的数据等于要搜索的元素时，则将布尔值True赋值给变量found，改变其值
                found = True
            else:  # 若不是要搜索的元素，即对下一个节点进行搜索
                current = current.getNext()  # 返回当前指向下一个节点的引用并赋值给变量current
        return found

    def remove(self, item):  # 从列表中删除元素item，需参数item
        current = self.head  # 定义中间变量current，列表的头节点赋值给该变量，标记当前位置
        previous = None  # 定义变量previous为空
        found = False
        while not found:  # 若定义的found变量布尔值为True时，while循环一直执行下去
            if current.getData() == item:
                found = True
            else:  # 若found变量布尔值改变，执行以下操作
                previous = current  # 将列表的头节点赋值给该变量previous
                current = current.getNext()  # 返回当前指向下一个节点的引用并赋值给变量current
        if previous == None:  # 若要删除的元素是列表中的头节点时，需改变列表的头节点
            self.head = current.getNext()  # 返回当前指向下一个节点的引用并赋值给列表的头节点
        else:
            previous.setNext(current.getNext())  # 使用previous的setNext方法来完成移除操作，添加新的指向引用，修改后的引用都指向当前指向下一个节点的引用


# 测试
mylist = UnorderedList()  # 创建一个无序链表
print(mylist.isEmpty())  # 检查链表是否为空
mylist.add(39)
mylist.add(154)
mylist.add("trr")
mylist.add(10)
print(mylist.isEmpty())
print(mylist.length())  # 返回列表的元素数目
print(mylist.search(21))
print(mylist.search("trr"))
mylist.remove(39)
print(mylist.length())
print(mylist.search(39))

运行结果如下：

四、有序链表实现步骤分析

通过定义一个有序列表OrderedList类，然后基于链表Node类的方法实现有序链表，有序列表为升序排列或降序排列，它的一些操作基本与无序列表相同，只是search搜索元素和add添加元素要需要根据其修改。
1、定义有序列表类，与有序列表一样，也是head引用指向None，代表它是一个空列表；

# 无序列表类
class OrderedList:
    def __init__(self):
        self.head = None  # 表示无序列表的头部没有指向任何节点

2、检查列表是否为空，通过比较运算符“==”比较队列是否为空（None），若为空，则返回布尔值False，若不为空，则返回True；

    def isEmpty(self):  # 检查无序列表是否为空，不需要参数，返回一个布尔值
        return self.head == None

3、向列表中添加元素，首先确定位置然后条件元素；

       def add(self, item):  # 向列表中添加元素
        current = self.head  # 定义中间变量current，列表的头节点赋值给该变量，标记当前位置
        previous = None  # 定义变量previous值为空
        stop = False
        while current != None and not stop:  # 变量previous值跟在变量current后面，只要还有节点且不大于要添加的元素while循环一直进行下去
            if current.getData() > item:
                stop = True
            else:
                previous = current
                current = current.getNext()
        temp = Node(item)  # 通过节点类Node()的构造方法添加新元素temp
        if previous == None:  # 判断添加的元素添加到链表的开头还是中间某个位置
            temp.setNext(self.head)  # 通过节点类的setNext()方法传入新的指向引用，指向链表的头部
            self.head = temp  # 将新元素赋值给链表的头部
        else:
            temp.setNext(current)
            previous.setNext(temp)

4、返回列表中元素数目，首先初始化变量current将列表的头节点赋值给它，然后对列表进行遍历；

    def length(self):  # 返回列表中元素数目
        current = self.head  # 定义中间变量current，列表的头节点赋值给该变量
        count = 0
        while current != None:  # 列表遍历
            count = count + 1  # 每当指向一个节点，变量count递加1
            current = current.getNext()  # 返回当前指向下一个节点的引用并赋值给变量current
        return count

5、搜索指定的列表元素，通过输入参数item搜索，遍历列表，found作为一个布尔值，初值为False，若定义的中间变量current的数据等于要搜索的元素时，则说明已搜索到该元素，并将布尔值True赋值给变量found，改变其值然后返回True值，若不是要搜索的元素，即对下一个节点进行搜索，遇到中间值大于目标元素的节点，则将stop值设为True，否则将中间变量的指向下一个节点的引用赋值给current，然后继续进行while循环；

       def search(self, item):  # 在列表中搜索元素item，需参数item
        current = self.head  # 定义中间变量current，列表的头节点赋值给该变量，标记当前位置
        found = False
        stop = False
        while current != None and not found and not stop:
            if current.getData() == item:  # 若定义的中间变量的数据等于要搜索的元素时，则将布尔值True赋值给变量found，改变其值
                found = True
            else:  # 若不是要搜索的元素，即对下一个节点进行搜索
                if current.getData() > item:  # 若遇到中间值大于目标元素的节点，则将stop值设为True
                    stop = True
                else:
                    current = current.getNext()  # 否则返回当前指向下一个节点的引用并赋值给变量current
        return found