用 python 学习数据结构（一）链表
一、为什么要学习数据结构
python 语言和标准库自带了很多数据结构，比如 list、set、dict、tuple、queue、heapq等，所以很在标准库或者第三方库提供的数据结构够用的情况下，不需要自己再写数据结构。
当然，掌握了数据结构的原理之后，面对大量数据的时候，可以更轻松地选择合适的数据结构，以及在标准数据结构不够用的情况下，可以定制化实现自己的数据结构。
为什么要有数据结构呢？ 可以考虑在不使用数据结构的情况下，如果需要处理100个数据，是不是就需要使用100个变量来表示它们，如果是10000个数据呢，直接就没法玩儿了。
所以，数据结构就是把大批量要处理的数据组织起来，方便编程的时候使用。数据组织的方式（结构）不同，就形成了多种多样的数据结构。每种结构都有各自的特点以及适用场景。比如，链表只能顺序存取一个数据，二叉搜索树可以 O(log(n))的时间复杂度存取数据，哈希表 可以使用 O(log(1))的复杂度存取数据但是比较适用于 key->value的数据类型。
二、链表是一种什么样的数据结构
接下来就讲一下 链表（List）这个数据结构的原理。
List是一种比较简单的数据结构，把数据通过指针(引用)串起来，组成一个链，操作者只需要拿着 head 或者 tail（双向链表） 就可以操作所有数据了。
ListNode1 --> ListNode2 --> ListNode3 --> ListNode4
每个 ListNode 包含 数据 以及对下一个 ListNode 的引用，如果我们要在某个位置上插入一个节点，比如在 ListNode3后面插入 ListNode5， 插入之后的情况就是：
ListNode1 --> ListNode2 --> ListNode3 --> ListNode5 --> ListNode4
三、python 语言实现简单的 List 结构
我们使用 python 一步步来实现一下这个数据结构，主要实现 find、insertBefore、insertAfter、remove、append、count 这几种操作。
这里主要是学习之用，所以这里的操作和一些标准库的 List 提供的操作接口不太一样。对于高级语言标准容器的List， 一般不会暴露内部的 ListNode。
关于List 的可迭代性，以及更标准的操作封装，放在下一次实现吧。
下面就是代码了，如果有些不对的地方，欢迎大家指正。
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# -*- coding: utf-8 -*-
class ListNode():
"""
定义链表节点的class，表示链表中的一个节点，其中存储了数据以及下一个节点的指针
"""
def __init__(self,value):
self.value = value
self.next = None
class List():
"""
定义链表类，初始化函数中定义了 head、tail 和 count 变量
head 是头结点，并不用来保存数据，所以，真正数据从 head.next开始
这样做的好处，在链表头部插入节点或者最后一个节点被删除之后，
链表的 head 应用不需要变化，简化的代码的编写。
"""
def __init__(self):
self.head = ListNode(0)
self.tail = self.head
self.count = 0
def __len__(self):
"""
返回链表的长度，len( listA) 函数会调用链表对象 __len__()函数
"""
return self.count
def append(self, value):
"""
在链表的结尾添加一个节点，节点的数据为 value
因为 List 类保存链表的末尾节点，因此直接加入到tail 的后面
"""
self.tail.next = ListNode(value)
self.tail = self.tail.next
self.count+=1
return self.tail
def find(self, value):
"""
查找第一个值为 value的几点，并返回ListNode
"""
cur = self.head.next
while cur and cur.value != value:
cur = cur.next
return cur
def remove(self, node):
"""
将某个 ListNode 从链表中删除，需要找到这个节点的
上一个节点，然后将上一个几点的 next 指向被删除节点的下一个节点。
"""
pre = self.head
while pre and pre.next != node:
pre = pre.next
if pre:
pre.next = node.next
if node == self.tail:
self.tail = pre
self.count -= 1
return node
else:
return None
def insertBefore(self, node, value):
"""
在指定节点 node 之前插入值为 value 的新节点，
需要找到 node 节点的前一个节点，然后 node 和前一个节点之间插入新节点。
这里需要处理 node 为 None 的时候，插入到链表的最后位置。
"""
if node is None:
return self.append(value)
pre = self.head
while pre and pre.next != node:
pre = pre.next
if pre:
newNode = ListNode(value)
pre.next,newNode.next = newNode,node
self.count+=1
return newNode
else:
return None
def insertAfter(self, node, value):
"""
在指定节点 node 之后插入值为 value 的新节点，
这里需要处理 node 为 None 的时候，插入到链表的最前位置。
"""
if node is self.tail:
return self.append(value)
newNode = ListNode(value)
newNode.next = self.head.next
self.count +=1
if node is None:
self.head.next = newNode
if self.tail is self.head:
self.tail = newNode
else:
node.next,newNode.next = newNode, node.next
if self.tail is node:
self.tail = newNode
return newNode
def count(self):
return self.count
if __name__ == '__main__':
# append
l = List()
l.append(1)
l.append(2)
l.append(3)
# find
v1 = l.find(1)
v2 = l.find(2)
v3 = l.find(3)
print(v1.value)
print(v1.value)
#remove
l.remove(v1)
l.remove(v2)
#insert before
v22 = l.insertBefore(v3, -2)
v33 = l.insertBefore(v22, -3)
#insert after
v4 = l.insertAfter(v3, 4)
v5 = l.insertAfter(v4, 5)
#count 5
print(len(l))
#遍历输出链表的各个节点，链表的遍历，冲 head.next 开始
#print list -3, -2, 3, 4, 5
cur = l.head.next
while cur:
#这里用来判断是否是最后一个节点，最后一个节点输出的时候不需要添加逗号
if cur.next:
print "%d,"%(cur.value),
else:
print cur.value
cur = cur.next
