鏈表(linked_list)是物理存儲單元上非連續的、非順序的存儲結構，數據元素的邏輯順序是通過鏈表的指針地址實現，每個元素包含兩個結點，一個是存儲元素的數據域 (內存空間)，另一個是指向下一個結點地址的指針域。根據指針的指向，鏈表能形成不同的結構，例如單鏈表，雙向鏈表，循環鏈表等。
鏈表通過將鏈點 i 與其鄰居鏈點 i+1 通過指針相關聯，從索引 0 到索引 N-1 對鏈點進行排序。
鏈表分為單鏈表和雙鏈表兩種。在接下來的內容里，我們將逐步介紹單鏈表的具體功能是如何實現的。
1. 創建 Node 類
創建一個 Node 的類，作為基礎數據結構：鏈點，並初始化對應的內參。
具體實現代碼如下：
class Node:
def __init__(self, data):
self.data = data #表示對應的元素值
self.next = None #表示下一個鏈接的鏈點
2. 創建 Linked_List 類
創建一個 Linked_List 的類，並初始化對應的內參。
具體實現代碼如下：
class Linked_List:
def __init__(self):
self.head = None #表示鏈表的頭部元素
def initlist(self,data_list): #鏈表初始化函數
self.head=Node(data_list[0]) #創建頭結點
temp=self.head
for i in data_list[1:]: #逐個為 data 內的數據創建結點, 建立鏈表
node=Node(i)
temp.next=node
temp=temp.next
3. 添加 is_empty 函數
添加一個 is_empty 的函數，功能是判斷鏈表是否為空
具體實現代碼如下：
def is_empty(self):
return self.Head is None #判斷鏈表是否為空
4. 添加 insert 函數
insert(item) 往鏈表中任意位置添加一個 item 元素
流程如下：
- Vertex vtx = new Vertex(v) 初始化一個新的點
- tail.next = vtx 隊列尾部的后繼是這個新的點
- tail = vtx 然后讓隊列尾部指針指向這個新的點
具體實現代碼如下：
def insert(self,key,value): #鏈表插入數據函數
if key<0 or key>self.get_length()-1:
print("insert error")
temp=self.head
i=0
while i<=key: #遍歷找到索引值為 key 的結點后, 在其后面插入結點
pre=temp
temp=temp.next
i=i+1
node=Node(value)
pre.next=node
node.next=temp
5. 添加 remove 函數
remove() 從鏈表中任意位置刪除一個元素
流程如下：
- 先判斷隊列是否為空，為空即退出 dequeue 操作，不為空即繼續后續操作
- temp = head 設置一個 temp 指針，使它的指針指向隊列頭部
- head = head.next 隊列頭部指針，使之指向隊列頭部的后繼(即隊列頭部元素出隊)
- delete temp 刪除 temp 指針
具體實現代碼如下：
def remove(self,key): #鏈表刪除數據函數
if key<0 or key>self.get_length()-1:
print("insert error")
i=0
temp=self.head
while temp !=None: #遍歷找到索引值為 key 的結點
pre=temp
temp=temp.next
i=i+1
if i==key:
pre.next=temp.next
temp=None
return True
pre.next=None
6. 添加其他函數
get_length:獲取鏈表的長度
print_list:遍歷鏈表，並將元素依次打印出來
reverse:將鏈表反轉
具體實現代碼如下：
def get_length(self): #獲取鏈表的長度
temp=self.head #臨時變量指向隊列頭部
length=0 #計算鏈表的長度變量
while temp!=None:
length=length+1
temp=temp.next
return length #返回鏈表的長度
def print_list(self): #遍歷鏈表，並將元素依次打印出來
print("linked_list:")
temp = self.head #臨時變量指向隊列頭部
while temp is not None:
print(temp.data)
temp = temp.next
def reverse(self): #將鏈表反轉
prev = None
current = self.head
while current:
next_node = current.next
current.next = prev
prev = current
current = next_node
self.head = prev
基於鏈表的基本功能介紹，我們給出鏈表的完整代碼
在/home/shiyanlou/下新建一個文件linked_list.py。
具體實現代碼如下：
class Node:
def __init__(self, data):
self.data = data
self.next = None
class Linked_List:
def __init__(self):
self.head = None
def initlist(self,data_list): #鏈表初始化函數
self.head=Node(data_list[0]) #創建頭結點
temp=self.head
for i in data_list[1:]: #逐個為 data 內的數據創建結點, 建立鏈表
node=Node(i)
temp.next=node
temp=temp.next
def is_empty(self): #判斷鏈表是否為空
if self.head.next==None:
print("Linked_list is empty")
return True
else:
return False
def get_length(self): #獲取鏈表的長度
temp=self.head #臨時變量指向隊列頭部
length=0 #計算鏈表的長度變量
while temp!=None:
length=length+1
temp=temp.next
return length #返回鏈表的長度
def insert(self,key,value): #鏈表插入數據函數
if key<0 or key>self.get_length()-1:
print("insert error")
temp=self.head
i=0
while i<=key: #遍歷找到索引值為 key 的結點后, 在其后面插入結點
pre=temp
temp=temp.next
i=i+1
node=Node(value)
pre.next=node
node.next=temp
def print_list(self): #遍歷鏈表，並將元素依次打印出來
print("linked_list:")
temp=self.head
new_list=[]
while temp is not None:
new_list.append(temp.data)
temp=temp.next
print(new_list)
def remove(self,key): #鏈表刪除數據函數
if key<0 or key>self.get_length()-1:
print("insert error")
i=0
temp=self.head
while temp !=None: #遍歷找到索引值為 key 的結點
pre=temp
temp=temp.next
i=i+1
if i==key:
pre.next=temp.next
temp=None
return True
pre.next=None
def reverse(self): #將鏈表反轉
prev = None
current = self.head
while current:
next_node = current.next
current.next = prev
prev = current
current = next_node
self.head = prev
復雜度分析
鏈表屬於常見的一種線性結構，對於插入和移除而言，時間復雜度都為 O(1)
但是對於搜索操作而言，不管從鏈表的頭部還是尾部，都需要遍歷 O(n)，所以最好復雜度為 O(1)，最壞的情況就是從頭部遍歷到尾部才搜索出對應的元素，所以最壞復雜度為 O(n)，平均復雜度為 O(n)。
歸納如下：
- 最好復雜度為 O(1)
- 最壞復雜度為 O(n)
- 平均復雜度為 O(n)