python實現無序列表：鏈表

介紹鏈表前我們先了解下什么是列表。
在對基本數據結構的討論中，我們使用 Python 列表來實現所呈現的抽象數據類型。列表是一個強大但簡單的收集機制，為程序員提供了各種各樣的操作。然而，不是所有的編程語言都包括列表集合。在這些情況下，列表的概念必須由程序員實現。

列表是項的集合，其中每個項保持相對於其他項的相對位置。更具體地，我們將這種類型的列表稱為無序列表。我們可以將列表視為具有第一項，第二項，第三項等等。我們還可以引用列表的開頭（第一個項）或列表的結尾（最后一個項）。為了簡單起見，我們假設列表不能包含重復項。

例如，整數 54,26,93,17,77 和 31 的集合可以表示考試分數的簡單無序列表。請注意，我們將它們用逗號分隔，這是列表結構的常用方式。當然，Python 會顯示這個列表為 [54,26,93,17,77,31]。

1 無序列表抽象數據類型

如上所述，無序列表的結構是項的集合，其中每個項保持相對於其他項的相對位置。下面給出了一些可能的無序列表操作。

• List() 創建一個新的空列表。它不需要參數，並返回一個空列表。
• add(item) 向列表中添加一個新項。它需要 item 作為參數，並不返回任何內容。假定該 item 不在列表中。
• remove(item) 從列表中刪除該項。它需要 item 作為參數並修改列表。假設項存在於列表中。
• search(item) 搜索列表中的項目。它需要 item 作為參數，並返回一個布爾值。
• isEmpty() 檢查列表是否為空。它不需要參數，並返回布爾值。
• size（）返回列表中的項數。它不需要參數，並返回一個整數。
• append(item) 將一個新項添加到列表的末尾，使其成為集合中的最后一項。它需要 item
  作為參數，並不返回任何內容。假定該項不在列表中。
• index(item) 返回項在列表中的位置。它需要 item 作為參數並返回索引。假定該項在列表中。
• insert(pos，item) 在位置 pos 處向列表中添加一個新項。它需要 item作為參數並不返回任何內容。假設該項不在列表中，並且有足夠的現有項使其有 pos 的位置。
• pop() 刪除並返回列表中的最后一個項。假設該列表至少有一個項。
• pop(pos) 刪除並返回位置 pos 處的項。它需要 pos 作為參數並返回項。假定該項在列表中。

2 python實現無序列表

為了實現無序列表，我們將構造通常所知的鏈表，外部引用通常被稱為鏈表的頭。

2.1 Node類

節點（Node）是鏈表實現的基本構造，由列表項（item，數據字段）和對下一個節點的引用組成。Node 類包括訪問，修改數據和訪問下一個引用等常用方法。類的代碼如下：

class Node:
    def __init__(self,initdata):
        self.data = initdata
        self.next = None

    def getData(self):
        return self.data

    def getNext(self):
        return self.next

    def setData(self,newdata):
        self.data = newdata

    def setNext(self,newnext):
        self.next = newnext

我們創建一個 Node 對象

temp = Node(93)

Python 引用值 None 將在 Node 類和鏈表本身發揮重要作用。引用 None 代表沒有下一個節點。請注意在構造函數中，最初創建的節點 next 被設置為 None。有時這被稱為 接地節點，因此我們使用標准接地符號表示對 None 的引用，如下圖：

2.2 Unordered List 類

如上所述，無序列表將從一組節點構建，每個節點通過顯式引用鏈接到下一個節點。只要我們知道在哪里找到第一個節點（包含第一個項），之后的每個項可以通過連續跟隨下一個鏈接找到。考慮到這一點，UnorderedList 類必須保持對第一個節點的引用，如下圖所示，實現代碼如下：

class UnorderedList:

    def __init__(self):
        self.head = None

    def isEmpty(self):
        return self.head == None

    def add(self,item):
        temp = Node(item)
        #更改新節點的下一個引用以引用舊鏈表的第一個節點
        temp.setNext(self.head)
        #賦值語句設置列表的頭
        self.head = temp
        #訪問和賦值的順序不能顛倒，因為head是鏈表節點唯一的外部引用，顛倒將導致所有原始節點丟失並且不能再被訪問

    def size(self):
        current = self.head
        count = 0
        while current != None:
            count = count + 1
            current = current.getNext()

        return count

    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

    def remove(self,item):
        current = self.head
        previous = None
        found = False
        while not found:
            if current.getData() == item:
                found = True
            #previous 必須先將一個節點移動到 current 的位置。此時，才可以移動current
            else:
                previous = current
                current = current.getNext()
        #如果要刪除的項目恰好是鏈表中的第一個項，鏈表的 head 需要改變
        if previous == None:
            self.head = current.getNext()
        else:
            previous.setNext(current.getNext())

2.2.1 add function

鏈表結構只為我們提供了一個入口點，即鏈表的頭部。所有其他節點只能通過訪問第一個節點，然后跟隨下一個鏈接到達。這意味着添加新節點的最簡單的地方就在鏈表的頭部。 換句話說，我們將新項作為鏈表的第一項，現有項將需要鏈接到這個新項后。

2.2.2 鏈表遍歷技術——size，search，remove方法

size方法實現思路如下圖：

remove方法實現思路如下圖：


remove 方法需要兩個邏輯步驟。
第一步搜索，第二部刪除。
但是current實際指向的是目標節點的引用，直接刪除會刪除前一個節點，因此引入previous這個外部引用。

參考資料：《problem-solving-with-algorithms-and-data-structure-using-python》
http://www.pythonworks.org/pythonds