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數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法-鏈表
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法-鏈表
01
鏈表是一種物理存儲單元上非連續(xù)、非順序的存儲結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)元素的邏輯順序是通過鏈表中的指針鏈接次序?qū)崿F(xiàn)的；
02
鏈表由一系列結(jié)點(diǎn)（鏈表中每一個(gè)元素稱為結(jié)點(diǎn)）組成，結(jié)點(diǎn)可以在運(yùn)行時(shí)動態(tài)生成；
03
每個(gè)結(jié)點(diǎn)包括兩個(gè)部分：一個(gè)是存儲數(shù)據(jù)元素的數(shù)據(jù)域，另一個(gè)是存儲下一個(gè)結(jié)點(diǎn)地址的指針域。相比于線性表順序結(jié)構(gòu)，操作復(fù)雜；
04
由于不必須按順序存儲，鏈表在插入的時(shí)候以達(dá)到O(1)的復(fù)雜度，比另一種線性表順序表快得多，但是查找一個(gè)節(jié)點(diǎn)或者訪問特定編號的節(jié)點(diǎn)則需要O(n)的時(shí)間，而線性表和順序表相應(yīng)的時(shí)間復(fù)雜度分別是O(logn)和O(1)；
05
使用鏈表結(jié)構(gòu)可以克服數(shù)組鏈表需要預(yù)先知道數(shù)據(jù)大小的缺點(diǎn)，鏈表結(jié)構(gòu)可以充分利用計(jì)算機(jī)內(nèi)存空間，實(shí)現(xiàn)靈活的內(nèi)存動態(tài)管理。但是鏈表失去了數(shù)組隨機(jī)讀取的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)鏈表由于增加了結(jié)點(diǎn)的指針域，空間開銷比較大；
06
鏈表最明顯的好處就是，常規(guī)數(shù)組排列關(guān)聯(lián)項(xiàng)目的方式可能不同于這些數(shù)據(jù)項(xiàng)目在記憶體或磁盤上順序，數(shù)據(jù)的存取往往要在不同的排列順序中轉(zhuǎn)換；
07
鏈表允許插入和移除表上任意位置上的節(jié)點(diǎn)，但是不允許隨機(jī)存取。鏈表有很多種不同的類型：單向鏈表、雙向鏈表以及循環(huán)鏈表。
（1）單向鏈表：單鏈表是鏈表的一種，它由節(jié)點(diǎn)組成，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都包含下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的指針。
（2）雙向鏈表：雙向鏈表(雙鏈表)是鏈表的一種。和單鏈表一樣，雙鏈表也是由節(jié)點(diǎn)組成，它的每個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)點(diǎn)中都有兩個(gè)指針，分別指向直接后繼和直接前驅(qū)。所以，從雙向鏈表中的任意一個(gè)結(jié)點(diǎn)開始，都可以很方便地訪問它的前驅(qū)結(jié)點(diǎn)和后繼結(jié)點(diǎn)。一般我們都構(gòu)造雙向循環(huán)鏈表。
（3）循環(huán)鏈表：循環(huán)鏈表是與單鏈表一樣，是一種鏈?zhǔn)降拇鎯Y(jié)構(gòu)，所不同的是，循環(huán)鏈表的最后一個(gè)結(jié)點(diǎn)的指針是指向該循環(huán)鏈表的第一個(gè)結(jié)點(diǎn)或者表頭結(jié)點(diǎn)，從而構(gòu)成一個(gè)環(huán)形的鏈。
鏈表的特點(diǎn)
01
鏈表是一種非線性、非順序的物理結(jié)構(gòu)，是由若干個(gè)節(jié)點(diǎn)組成；
02
鏈表采用的是“見縫插針”的存儲方法，不要求內(nèi)存連續(xù)，靠next指針關(guān)聯(lián)起來；
03
鏈表的物理存儲方式為隨機(jī)存儲，訪問方式為順序訪問；
04
查找節(jié)點(diǎn)的時(shí)間復(fù)雜度為O(n)，插入、刪除節(jié)點(diǎn)的時(shí)間復(fù)雜度為O(1)；
05
鏈表適用于寫操作多，讀操作少的場景。
Python實(shí)現(xiàn)單鏈表
01
單鏈表是鏈表的一種，它由節(jié)點(diǎn)組成，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都包含下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的指針。
單鏈表節(jié)點(diǎn)的鏈接方向是單向的；相對于數(shù)組來說，單鏈表的的隨機(jī)訪問速度較慢，但是單鏈表刪除/添加數(shù)據(jù)的效率很高。
# 鏈?zhǔn)?內(nèi)存不連續(xù)，無法通過下標(biāo)直接進(jìn)行訪問，追加元素比較方便，find比較麻煩，需要重頭到尾進(jìn)行遍歷
# 單鏈 root節(jié)點(diǎn)，head節(jié)點(diǎn)，tail節(jié)點(diǎn)，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)就是一個(gè)Node(value,next)
class Node(object):
def __init__(self, value=None, next=None):
self.value, self.next = value, next
class LinkedList(object):
def __init__(self, maxsize=None):
self.maxsize = maxsize
self.root = Node()
self.length = 0
self.tail_node = None
def __len__(self):
return self.length
def append(self, value):
if self.maxsize is not None and len(self) > self.maxsize:
raise Exception('The list is full')
node = Node(value)
tail_node = self.tail_node
if tail_node is None:
self.root.next = node
else:
tail_node.next = node
self.tail_node = node
self.length += 1
def append_left(self, value):
headnode = self.root.next
node = Node(value)
self.root.next = node
node.next = headnode
self.length += 1
def iter_node(self):
current_node = self.root.next
while current_node is not self.tail_node:
yield current_node
current_node = current_node.next
yield current_node
def __iter__(self):
for node in self.iter_node():
yield node.value
def remove(self, value):
previous_node = self.root
current_node = self.root.next
for current_node.value in self.iter_node():
if current_node.value == value:
previous_node.next = current_node.next
if current_node is self.tail_node:
self.tail_node = previous_node
del current_node
self.length -= 1
return 1
else:
previous_node = current_node
return -1
def find(self, value):
index = 0
for node in self.iter_node():
if node.value == value:
return index
index += 1
return -1
def pop_left(self):
if self.root.next is None:
raise Exception('pop from empty linked list')
head_node = self.root.next
self.root.next = head_node.next
self.length -= 1
value = head_node.value
del head_node
return value
def clear(self):
for node in self.iter_node():
del node
self.root.next = None
self.length = 0
Python實(shí)現(xiàn)雙向鏈表
02
雙向鏈表(雙鏈表)是鏈表的一種，和單鏈表一樣，雙鏈表也是由節(jié)點(diǎn)組成，它的每個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)點(diǎn)中都有兩個(gè)指針，分別指向直接后繼和直接前驅(qū)。所以，從雙向鏈表中的任意一個(gè)結(jié)點(diǎn)開始，都可以很方便地訪問它的前驅(qū)結(jié)點(diǎn)和后繼結(jié)點(diǎn)。一般我們都構(gòu)造雙向循環(huán)鏈表。
class Node(object):
__slots__ = ('value', 'prev', 'next') # save memory
def __init__(self, value=None, prev=None, next=None):
self.value, self.prev, self.next = value, prev, next
class CircularDoubleLinkedList(object):
def __init__(self, maxsize=None):
self.maxsize = maxsize
node = Node()
node.next, node.prev = node, node
self.root = node
self.length = 0
def __len__(self):
return self.length
def headnode(self):
return self.root.next
def tail_node(self):
return self.root.prev
def append(self, value):
if self.maxsize is not None and len(self) >= self.maxsize:
raise Exception('LinkedList is Full')
node = Node(value=value)
tail_node = self.tail_node() or self.root
tail_node.next = node
node.prev = tail_node
node.next = self.root
self.root.prev = node
self.length += 1
def append_left(self, value):
if self.maxsize is not None and len(self) >= self.maxsize:
raise Exception('LinkedList is Full')
node = Node(value=value)
if self.root.next is self.root: # empty
node.next = self.root
node.prev = self.root
self.root.next = node
self.root.prev = node
else:
node.prev = self.root
headnode = self.root.next
node.next = headnode
headnode.prev = node
self.root.next = node
self.length += 1
def remove(self, node):
if node is self.root:
return
else:
node.prev.next = node.next
node.next.prev = node.prev
self.length -= 1
return node
def iter_node(self):
if self.root.next is self.root:
return
current_node = self.root.next
while current_node.next is not self.root:
yield current_node
current_node = current_node.next
yield current_node
def __iter__(self):
for node in self.iter_node():
yield node.value
def iter_node_reverse(self):
"""相比單鏈表獨(dú)有的反序遍歷"""
if self.root.prev is self.root:
return
current_node = self.root.prev
while current_node.prev is not self.root:
yield current_node
current_node = current_node.prev
yield current_node
作者：David
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