Python数据结构实现—链表
1. 简单介绍
链表(Linked list)是一种常见的基础数据结构，是一种线性表，但是并不会按线性的顺序存储数据，而是在每一个节点里存到下一个节点的指针(Pointer)。—— 维基百科
链表的基本构造块是节点(Node)。我们将在文章的第2部分通过Python实现一个简单的Node类。
一个单向链表的构造如下图1所示包含两个域：
- 信息域：当前节点的值(Data or Value)
- 指针域：指向下一个节点的指针链接(Reference or Link)
注1:必须明确指定链表的第一项的位置。一旦我们知道第一项在哪里，第一项目可以告诉我们第二项是什么，依次类推。按照一个方向遍历，直到最后一项（最后一个节点），最后一项需要知道没有下一项。
注2:这些节点在逻辑上是相连的，但要知道它们在物理内存上并不相连。
2. 准备工作
2.1 Node类
我们先来实现Node类：
class Node(object):
def __init__(self, initdata):
self.data = initdata
# 引用None代表没有下一节点
self.next = None
# 获得数据
def getData(self):
return self.data
# 获得下一个节点的引用
def getNext(self):
return self.next
# 修改数据
def setData(self, newdata):
self.data = newdata
# 修改下一节点的引用
def setNext(self, newnext):
self.next = newnext创建一个Node对象试试：
>>> tmp = Node(33)
>>> tmp
<__main__.Node object at 0x1022699b0>
>>> tmp.getData()
33
2.2 Unordered List类
只要知道第一个节点（包含第一个项），那么之后的每个节点都可以通过指向下一个节点的链接 依次找到。
考虑到这样的情况，Unordered List类只要维护对第一个节点的引用就可以了。Unordered List类本身不包含任何节点对象，它只包含对链表结构中第一个节点的单个引用！
class unOrderedList():
def __init__(self):
# 初始化None表示此时链表的头部不引用任何内容
self.head = None
创建一个空的链表试试(如图2所示)：
>>> myList = unOrderedList()
我们可通过下面的 isEmpty() 方法检查是否为空链表：
# 只有在链表中没有节点的时候为真
def isEmpty(self):
return self.head == None
添加元素后的链表是这样的(如图3所示)，稍后在文章第3部分实现添加方法：
3. 基本操作的实现
3.1 add()在链表前端添加元素
由于是在前端添加，因此最后添加的在最前端。
def add(self, item):
temp = Node(item) # Step0:创建一个新节点并将新项作为数据
temp.setNext(self.head) # Step1:更改新节点的下一个引用以引用旧链表的第一个节点
self.head = temp # Step2:重新设置链表的头以引用新节点
添加元素——执行mylist.add(26)时候的图解如下:
>>> mylist.add(31)
>>> mylist.add(77)
>>> mylist.add(17)
>>> mylist.add(93)
>>> mylist.add(26)
3.2 size()求链表长度
def size(self):
current = self.head
count = 0
while current != None:
count += 1
current = current.getNext()
return count通过current遍历链表并对节点计数。
图解如下:
3.3 search()查找
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通过current遍历链表，使用found标记是否找到了正在寻找的项。
图解如下:
3.4 remove()删除
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:
# 当要删除的项目恰好是链表中的第一个项，这时候prev是None，需要修改head以引用current之后的节点
self.head = current.getNext()
else:
previous.setNext(current.getNext())
3.4.1 上面的特殊情况，即要删除的恰好是第一个节点的图解如下：
3.4.2 其他情况，即要删除的是链表中的节点（非第一个）：
我们遍历链表，先搜索，再删除。
1.搜索：
使用previous与current进行移动，借助found标记是否找到。
一旦found为True，current就是对包含要删除的项的节点的引用。
2.删除（修改引用）：
我们把previous的对下一节点的引用设为current的下一节点。
以上两过程的图解如下：
参考：
problem-solving-with-algorithms-and-data-structure-using-python
python-wikipedia
如有错误，还望指正~
完整实现及测试可在Github找到：Python-DataStructure-Implementation
感谢。
