数据结构——链表
【摘要】 链式存储结构
结点在存储器中的位置是任意的，即逻辑上相邻的数据元素在物理上不一定相邻
有关术语
结点：数据元素的存储映像。由数据域和指针域两部分组成 数据域：存储元素数值数据指针域：存储直接后继结点的存储位置 链表：n 个结点由指针链组成一个链表。它是线性表的链式存储映像，称为线性表的链式存储结构 单链表 结点只有一个指针域的链表，称为单链表或线性链表 双链表 有...
链式存储结构
- 结点在存储器中的位置是任意的，即逻辑上相邻的数据元素在物理上不一定相邻
有关术语
- 结点：数据元素的存储映像。由数据域和指针域两部分组成
- 数据域：存储元素数值数据
- 指针域：存储直接后继结点的存储位置
- 链表：n 个结点由指针链组成一个链表。它是线性表的链式存储映像，称为线性表的链式存储结构
- 单链表
- 结点只有一个指针域的链表，称为单链表或线性链表
- 双链表
- 有两个指针域的链表，称为双链表
- 循环链表
- 首尾相接的链表称为循环链表
- 单链表
- 头指针
- 指向链表中第一个结点的指针
- 首元结点
- 指链表中存储第一个数据元素a1的结点
- 头结点
- 在链表的首元结点之前附设的一个结点；数据域内只放空表标志和表长等信息
- 设置头结点的好处
- 便于首元结点的处理
- 首元结点的地址保存在头结点的指针域中,所以在链表的第一个位置上的操作和其它位置一致，无须进行特殊处理;
- 便于空表和非空表的统一处理
- 无论链表是否为空，头指针都是指向头结点的非空指针，因此空表和非空表的处理也就统一了。
- 便于首元结点的处理
链表的特点
- 结点在存储器中的位置是任意的，即逻辑上相邻的数据元素在物理上不一定相邻
- 访问时只能通过头指针进入链表，并通过每个结点的指针域向后扫描其余结点，所以寻找第一个结点和最后一个结点所花费的时间不等
链表的优缺点
- 优点
- 数据元素的个数可以自由扩充
- 插入、删除等操作不必移动数据，只需修改链接指针，修改效率较高
- 缺点
- 存储密度小
- 存取效率不高，必须采用顺序存取，即存取数据元素时，只能按链表的顺序进行访问（顺藤摸瓜）
顺序表和链表的比较
| 存储结构比较项目 | 顺序表 | 链表 |
|---|---|---|
| 存储空间 | 预先分配，会导致空间闲置或溢出现象 | 动态分配，不会出现存储空间闲置或溢出现象 |
| 存储密度 | 不用为表示结点间的逻辑关系而增加额外的存储开销，存储密度等于1 | 需要借助指针来体现元素间的逻辑关系，存储密度小于1 |
| 存取元素 | 随机存取，按位置访问元素的时间复杂度为O(1) | 顺序存取，按位置访问元素时间复杂度为O(n) |
| 插入、删除 | 平均移动约表中一半元素，时间复杂度为O(n) | 不需移动元素，确定插入、删除位置后，时间复杂度为O(1) |
| 适用情况 | ① 表长变化不大，且能事先确定变化的范围 ② 很少进行插入或删除操作，经常按元素位置序号访问数据元素 |
① 长度变化较大 ② 频繁进行插入或删除操作 |
C++代码实现
#include<iostream>
#include<stdlib.h>
using namespace std;
#define OVERFLOW -2
#define OK 1
#define ERROR -1
typedef int Status;
typedef int Elemtype;
/* typedef struct LNode{
Elemtype data;
struct LNode *next;
}LNode;
typedef struct{
lnode *l;
}LinkList; */
typedef struct LNode {
Elemtype data;
struct LNode* next;
}LNode, * LinkList;
// 构造一个空的单链表
Status InitList(LinkList& L)
{
L = new LNode; // 头指针L指向头结点
if (!L) exit(OVERFLOW);
L->next = NULL; // 指针域置空
return OK;
}
// 前插法创建单链表
void CreateList_H(LinkList& L, int n)
{
LinkList p;
int i;
L = new LNode; L->next = NULL; // 先建立一个带头结点的空链表
// for(i = 0; i < n; ++i)
for (i = 1; i < n + 1; ++i)
{
cout << "请输入第" << i << "个结点的数据" << endl;
p = new LNode; // 生成新结点*p
cin >> p->data; // 输入元素赋值给新结点*p的数据域
p->next = L->next;
L->next = p; // 将新结点*p插入到头结点之后
}
}
// 尾插法创建单链表
Status CreateList_L(LinkList& L, int n)
{
LinkList r, p;
int i;
L = new LNode;
L->next = NULL;
// 尾结点指向头结点
r = L;
for (i = 1; i < n + 1; ++i)
{
cout << "请输入第" << i << "个结点的数据" << endl;
p = new LNode; // 生成新结点
cin >> p->data;
p->next = NULL;
r->next = p;
r = p;
}
return OK;
}
// 取值
Status GetElem(LinkList L, int i, Elemtype& e)
{
// 根据序号i获取元素的值，用e返回值
int j;
LinkList p;
for (p = L->next, j = 1; j < i && p; j++)
p = p->next;
if (!p || j > i) return ERROR;
e = p->data;
return OK;
}
// 在链表中查找值为e的元素的位置，返回其地址
LinkList LocateElem_L(LinkList L, Elemtype e)
{
LinkList p;
p = L->next;
while (p && p->data != e)
{
p = p->next;
}
return p;
}
// 插入
Status ListInsert(LinkList& L, int i, Elemtype& e)
{
LinkList p, s;
int j;
for (p = L, j = 0;j < i - 1 && p; j++)
p = p->next;
if (!p || j > i) return ERROR;
s = new LNode;
s->data = e;
s->next = p->next;
p->next = s;
return OK;
}
// 删除
Status ListDelete(LinkList& L, int i, Elemtype& e)
{
LinkList p, q;
int j;
for (p = L, j = 0;j < i - 1 && p; j++)
p = p->next;
if (!p || j > i) return ERROR;
q = p->next;
p->next = q->next;
e = q->data;
delete q;
return OK;
}
// 销毁
Status DestroyList(LinkList& L)
{
LinkList p;
while (L)
{
p = L;
L = L->next;
delete p;
}
return OK;
}
// 清空
Status ClearList(LinkList& L)
{
LinkList p, q;
p = L->next; // p指向第一个结点
while (p) // 没到表尾
{
q = p->next;
delete p;
p = q;
}
L->next = NULL; // 头结点指针域为空
return OK;
}
// 求表长
int ListLength_L(LinkList L){
// 返回L中数据元素的个数
int i;
LinkList p;
p = L->next; // p指向第一个结点
i = 0;
while (p) // 遍历单链表，统计结点数
{
i++;
p = p->next;
}
return i;
}
// 判断表是否为空
int ListEmpty(LinkList L) {
// 若L为空，返回1；否则，返回0
if (L->next)
return 0;
else
return 1;
}
int main()
{
LinkList L;
Elemtype e;
int i, n;
// 创建链表测试
cout << "请输入表长：";
cin >> n;
// 尾插法创建
CreateList_L(L, n);
cout << "表长为：";
cout << ListLength_L(L) << endl;
// 查找测试
cout << "请输入您需要查找元素的位置：";
cin >> i;
GetElem(L, i, e);
cout << e;
// 删除测试
cout << "请输入您要删除的元素的位置：";
cin >> i;
ListDelete(L, i, e);
cout << e;
return 0;
}
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Python代码实现
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SingleNode
#!/usr/bin/env python # -*- coding: utf-8 -*- # @Date : 2019-10-02 09:32:38 # @Author : Your Name (you@example.org) # @Link : http://example.org # @Version : $Id$ class SingleNode(object): def __init__(self, item): self.item = item self.next = None class SingleLinkList(object): def __init__(self): self._head = None def isEmpty(self): return self._head == None def length(self): cur = self._head count = 0 while cur: count += 1 cur = cur.next return count def travel(self): cur = self._head while cur: print(cur.item, end=" ") cur = cur.next print() return None def addFirst(self, item): node = SingleNode(item) node.next = self._head self._head = node def append(self, item): node = SingleNode(item) if self.isEmpty(): self._head = node else: cur = self._head while cur.next: cur = cur.next cur.next = node def insert(self, pos, item): if pos <= 0: self.addFirst(item) elif pos > (self.length() - 1): self.append(item) else: node = SingleNode(item) count = 0 pre = self._head # 数据从0开始 # 从1开始 应该为 pos - 2 while count < (pos - 1): count += 1 pre = pre.next node.next = pre.next pre.next = node def remove(self, item): cur = self._head pre = None while cur: if cur.item == item: if not pre: self._head = cur.next else: pre.next = cur.next break else: pre = cur cur = cur.next def search(self, item): cur = self._head while cur: if cur.item == item: return True cur = cur.next return False if __name__ == '__main__': sll = SingleLinkList() sll.addFirst(10) sll.addFirst(20) sll.append(30) sll.travel() sll.remove(10) sll.travel() print(sll.search(30)) print(sll.search(10)) sll.insert(2, 40) sll.travel() print(sll.length()) print(sll.isEmpty()) sll.insert(2, 50) sll.travel()- 1
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SingleCycLinkedList
#!/usr/bin/env python # -*- coding: utf-8 -*- # @Date : 2019-10-02 11:13:14 # @Author : Your Name (you@example.org) # @Link : http://example.org # @Version : $Id$ class SingleNode(object): def __init__(self, item): self.item = item self._head = None class SingleCysLinkedList(object): def __init__(self): self._head = None def is_empty(self): return self._head == None def length(self): if self.is_empty(): return 0 count = 1 cur = self._head while cur.next != self._head: count += 1 cur = cur.next return count def travel(self): if self.is_empty(): return cur = self._head print(cur.item, end=" ") while cur.next != self._head: cur = cur.next print(cur.item, end=" ") print() def addFirst(self, item): node = SingleNode(item) if self.is_empty(): self._head = node node.next = self._head else: node.next = self._head cur = self._head while cur.next != self._head: cur = cur.next cur.next = node self._head = node def append(self, item): node = SingleNode(item) if self.is_empty(): self._head = node node.next = self._head else: node.next = self._head cur = self._head while cur.next != self._head: cur = cur.next cur.next = node node.next = self._head def insert(self, pos, item): if pos<= 0: self.addFirst(item) elif pos > (self.length() - 1): self.append(item) else: node = SingleNode(item) cur = self._head count = 0 while count < (pos - 1): count += 1 cur = cur.next node.next = cur.next cur.next = node def remove(self, item): if self.is_empty(): return cur = self._head pre = None if cur.item == item: # 删除第一个元素 if cur.next != self._head: while cur.next != self._head: cur = cur.next cur.next = self._head.next self._head = self._head.next else: # 只有一个元素 self._head = None else: pre = self._head while cur.next != self._head: if cur.item == item: pre.next = cur.next return else: pre = cur cur = cur.next if cur.item == item: pre.next = cur.next def search(self, item): if self.is_empty(): return False cur = self._head if cur.item == item: return True while cur.next != self._head: cur = cur.next if cur.item == item: return True return False if __name__ == '__main__': ll = SingleCysLinkedList() ll.addFirst(1) ll.addFirst(2) ll.append(3) ll.insert(2, 4) ll.insert(4, 5) ll.insert(0, 6) print("length: {0}".format(ll.length())) ll.travel() print(ll.search(3)) print(ll.search(7)) ll.remove(1) print("length:", ll.length()) ll.travel()- 1
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DLinkList
#!/usr/bin/env python # -*- coding: utf-8 -*- # @Date : 2019-10-02 12:10:18 # @Author : Your Name (you@example.org) # @Link : http://example.org # @Version : $Id$ class Node(object): def __init__(self, item): self.item = item self.next = None self.prev = None class DLinkList(object): def __init__(self): self._head = None def is_empty(self): return self._head == None def length(self): cur = self._head count = 0 while cur: count += 1 cur = cur.next return count def travel(self): cur = self._head while cur: print(cur.item, end=" ") cur = cur.next print() def add(self, item): node = Node(item) if self.is_empty(): self._head = node else: node.next = self._head self._head.prev = node self._head = node def append(self, item): node = Node(item) if self.is_empty(): self._head = node else: cur = self._head while cur.next: cur = cur.next cur.next = node node.prev = cur def search(self, item): cur = self._head while cur: if cur.item == item: return True cur = cur.next return False def insert(self, pos, item): if pos <= 0: self.add(item) elif pos > (self.length() - 1): self.append(item) else: node = Node(item) cur = self._head count = 0 # 移动到指定位置的前一个位置 while count < (pos - 1): count += 1 cur = cur.next # 将node的prev指向cur node.prev = cur # 将node的next指向cur的下一个结点 node.next = cur.next # 将cur的下一个结点的prev指向node cur.next.prev = node # 将cur的next指向node cur.next = node def remove(self, item): if self.is_empty(): return else: cur = self._head if cur.item == item: if cur.next == None: self._head = None else: cur.next.prev = None self._head = cur.next return while cur: if cur.item == itme: cur.prev.next = cur.next cur.next.prev = cur.prev break cur = cur.next if __name__ == '__main__': ll = DLinkList() ll.add(1) ll.add(2) ll.append(3) ll.insert(2, 4) ll.insert(4, 5) ll.insert(0, 6) print("length:", ll.length()) ll.travel() print(ll.search(3)) print(ll.search(4)) ll.remove(1) print("length: {}".format(ll.length())) ll.travel()- 1
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文章来源: ruochen.blog.csdn.net，作者：若尘，版权归原作者所有，如需转载，请联系作者。
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