python版本单链表实现代码

今天看了一下数据结构的书，发现其实数据结构没有几种，线性表，数组，字符串，队列和栈，等等，其实是一回事，然后就是树结构，图结构。数据结构的理论并不难，主要是要自己写一下这些数据结构以及对应的基本的操作方法，这样就能够更快的提高。

这一篇blog写一下线性表。

线性表：分为顺序表和链表

一、顺序表

顺序表就是相对于表中的数据，地址也是顺序的，所以可以随机存取。但是在操作插入和删除元素的时候，由于要满足地址的连续性，所以要移动很多的元素位置，因此，插入或者删除一个顺序表的元素的时间复杂度是o(n)。很多时候，在对顺序表做合并的时候，需要先对表中的元素进行排序，然后再进行处理，这样可以避免每次都从头进行查询。

二、链表

链表就失去了顺序表的随机存取特点，即每次从中取一个元素都要从头开始找，这样耗费了一些时间，时间复杂度为o(n)；但是在做插入和删除，以及两个链表合并的时候，就方便了很多，只需要做一点指针修改就可以了。

链表中的每一个元素节点都包含了数据部分和下一个节点的指针。一般在链表的头部附设一个头结点，而且头结点一般不存储数据，而是存放一些长度等附加信息，或者不存储。

在很多语言中没有指针这一概念，而有数组的概念，比如java和python，java中的数组还要求定义数组的类型，也就是说必须都是同一类型的数据，而python则没有要求，所以python的list更贴近链表的真正含义。这种用数组描述的链表叫做静态链表。使用静态链表来描述链表对此类语言要方便很多了，本身这些语言都提供了内置类来处理链表。

除此之外，还有循环链表，双向链表（解决了无法向前搜索的问题，但是在修改指针的时候需要有更多的操作）。

# -*- coding=utf-8 -*-
# 这个例子是Python版本的单链表

class Node(object):
  def __init__(self, value, next=0):
    self.value = value
    self.next = next # 指针


class LinkedList(object):
  # 链表的数据结构
  def __init__(self):
    self.head = 0 # 头部

  def __getitem__(self, key):
    if self.is_empty():
      print 'Linked list is empty.'
      return
    elif key < 0 or key > self.get_length():
      print 'The given key is wrong.'
      return
    else:
      return self.get_elem(key)

  def __setitem__(self, key, value):
    if self.is_empty():
      print 'Linked list is empty.'
      return
    elif key < 0 or key > self.get_length():
      print 'The given key is wrong.'
      return
    else:
      return self.set_elem(key, value)

  def init_list(self, data): # 按列表给出 data
    self.head = Node(data[0])
    p = self.head # 指针指向头结点
    print p, self.head
    for i in data[1:]:
      p.next = Node(i) # 确定指针指向下一个结点
      p = p.next # 指针滑动向下一个位置
    print self.head.next.next

  def get_length(self):
    length = 0
    p = self.head
    while p != 0: # 0 值就是Node结点中默认的 0 值，表示下一个结点没有了，即没有为其赋值
      length += 1
      p = p.next
    return length

  def is_empty(self):
    if self.head == 0:
      return True
    else:
      return False

  def insert_node(self, index, value):
    if index < 0 or index > self.get_length():
      print 'Can not insert node into the linked list.'
    elif index == 0:
      temp = self.head
      self.head = Node(value, temp)
    else:
      p, post = self.head, self.head
      for i in xrange(index):
        post = p
        p = p.next
      temp = p
      post.next = Node(value, temp)

  def delete_node(self, index):
    if index < 0 or index > self.get_length()-1:
      print "Wrong index number to delete any node."
    elif self.is_empty():
      print "No node can be deleted."
    elif index == 0:
      temp = self.head
      self.head = temp.next
    elif index == self.get_length():
      p = self.head
      for i in xrange(self.get_length()-2):
        p = p.next
      p.next = 0
    else:
      p = self.head
      for i in xrange(index-1):
        p = p.next
      p.next = p.next.next

  def show_linked_list(self): # 打印链表中的所有元素
    if self.is_empty():
      print 'This is an empty linked list.'
    else:
      p, container = self.head, []
      for _ in xrange(self.get_length()-1):
        container.append(p.value)
        p = p.next
      container.append(p.value)
      print container

  def clear_linked_list(self): # 将链表置空
    self.head = 0

  def get_elem(self, index):
    if self.is_empty():
      print "The linked list is empty. Can not get element."
    elif index < 0 or index > self.get_length()-1:
      print "Wrong index number to get any element."
    else:
      p = self.head
      for _ in xrange(index):
        p = p.next
      return p.value

  def set_elem(self, index, value):
    if self.is_empty():
      print "The linked list is empty. Can not set element."
    elif index < 0 or index > self.get_length()-1:
      print "Wrong index number to set element."
    else:
      p = self.head
      for _ in xrange(index):
        p = p.next
      p.value = value

  def get_index(self, value):
    p = self.head
    for i in xrange(self.get_length()):
      if p.value == value:
        return i
      else:
        p = p.next
    return -1


l = LinkedList()
print "The length of linked list now is: ", l.get_length()
print l.is_empty()
l.init_list([1, 5, 12, "fjd", 45, 999])
print "The length of linked list now is: ", l.get_length()
print l.is_empty()
l.insert_node(4, 100)
l.insert_node(6, "cecil")
l.show_linked_list()
print "The value of index 0 is: ", l.get_elem(0)
l.set_elem(0,1000)
l.show_linked_list()
print "the index of *** is: ", l.get_index(1009)
print "The length of linked list now is: ", l.get_length()
l.delete_node(3)
#l.clear_linked_list()
l.show_linked_list()