单向链表

1、单向链表

单向链表也叫单链表，是链表中最简单的一种形式，他的每个节点包含两个域，一个信息域（元素域）和一个链接域。这个链接指向链表中的下一个节点，而最后一个节点的链接域则指向一个空值。

在这里插入图片描述

• 表元素域elem用来存放具体的数据
• 链接域next用来存放下一个节点的位置（python中的标识）
• 变量p指向链表的头节点（首节点）的位置，从p出发能找到表中的任意节点。

节点和单链表的实现

操作：

• is_empty() 链表是否为空
• length() 链表长度
• travel() 遍历整个链表
• add(item) 链表头部添加元素
• append(item) 链表尾部添加元素
• insert(pos, item) 指定位置添加元素
• remove(item) 删除节点
• search(item) 查找节点是否存在

# 构造节点
class Node():
    def __init__(self, elem):
        self.elem = elem
        self.next = None


# 构造链表
class SingleLinkList():
    # 初始化链表（默认为空链表）
    def __init__(self, node=None):
        self.__head = node

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

    def length(self):
        """链表的长度"""
        # cur游标，用来移动遍历节点
        cur = self.__head
        # 记录数量
        count = 0
        while cur != None:
            count += 1
            # 将游标赋给下一个
            cur = cur.next
        return count

    def travel(self):
        """遍历整个链表"""
        cur = self.__head
        while cur != None:
            # 打印游标指向的节点
            print(cur.elem, end=" ")
            cur = cur.next
        print("")

    def add(self, item):
        """链表头部增加元素"""
        node = Node(item)
        # 先将新节点的next区域指向第一个节点的值
        node.next = self.__head
        # 再将__head指向新节点
        self.__head = node

    def append(self, item):
        """链表尾部增加元素"""
        node = Node(item)
        if self.is_empty():
            self.__head = node
        else:
            cur = self.__head
            while cur.next != None:
                # 移动游标，当下一个为None，退出循环，当前的cur为最后一个节点
                cur = cur.next
            cur.next = node

    def insert(self,pos, item):
        """指定位置插入元素
        :param pos 从0开始
        """
        # 空链表
        if pos <= 0:
            self.add(item)
        # 插入值的位置大于链表长度-1，证明在链表末尾
        elif pos > (self.length()-1):
            self.append(item)
        else:
            pre = self.__head
            count =0
            # 当循环的次数小于插入指定位置的参数-1，那么当前为要插入位置的前一个位置
            while count < (pos-1):
                count += 1
                pre = pre.next
            node = Node(item)
            # 将目标数的next区域指向下一个的值
            node.next = pre.next
            # 将前一个位置的next指向插入值
            pre.next = node

    def remove(self, item):
        """删除节点"""
        cur = self.__head
        # 被删除元素位置的前一个节点
        pre = None
        while cur != None:
            if cur.elem == item:
                # 判断此节点是否为头节点
                if cur == self.__head:
                    self.__head = cur.next
                else:
                    # 将前一个的next指向当前游标的next的指向（即下一个值）
                    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

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

    ll.append(1)

    print(ll.is_empty())
    print(ll.length())

    ll.add(8)
    ll.append(2)
    ll.append(3)
    ll.append(4)
    ll.travel()

    ll.insert(7, 10)
    ll.travel()

    ll.remove(1)
    ll.travel()

运行结果：

True
0
False
1
8 1 2 3 4 
8 1 2 3 4 10 
8 2 3 4 10 

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节点的指针域，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：

操作	链表	顺序表
访问	O(n)	O(1)
在头部插入/删除	O(1)	O(n)
在尾部插入/删除	O(n)	O(1)
在中间插入/删除	O(n)	O(n)

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都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，删除和掺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。