Python链表的基本操作

Python链表的基本操作

Python链表的基本操作

链表的介绍

链表是一种常见的数据结构,它由一系列节点组成,每个节点包含一个元素和指向下一个节点的引用。链表与数组相比,具有以下特点:

  • 内存空间不连续:链表的节点在内存中可以不连续存储,而数组的元素通常连续存储。
  • 插入和删除操作效率高:链表的插入和删除操作只需要改变节点间的指针,不需要移动其他元素。
  • 访问效率相对较低:链表的访问操作需要从头节点开始逐个遍历,直到找到目标节点。

在Python中,没有内置的链表数据类型,但我们可以通过自定义类来实现链表的基本操作。

定义链表节点

首先,我们需要定义链表节点的类。每个节点包含一个值和一个指向下一个节点的引用。下面是定义链表节点的示例代码:

class ListNode:
    def __init__(self, value):
        self.val = value  # 节点的值
        self.next = None  # 指向下一个节点的引用
Python

创建链表

创建链表的步骤1是定义头节点。头节点不包含具体的值,它只是一个空节点作为链表的起始点。下面是创建链表的示例代码:

head = ListNode(None)
Python

接下来,我们可以逐个添加节点,构建链表。下面是一个示例代码,该代码创建了一个包含三个节点的链表:

# 创建链表节点
node1 = ListNode(1)
node2 = ListNode(2)
node3 = ListNode(3)

# 构建链表
head.next = node1
node1.next = node2
node2.next = node3
Python

遍历链表

遍历链表是指逐个访问链表中的节点。我们可以使用一个指针从头节点开始,依次访问每个节点的值。下面是一个示例代码,展示了如何遍历链表并打印节点的值:

# 创建链表
head = ListNode(None)
node1 = ListNode(1)
node2 = ListNode(2)
node3 = ListNode(3)
head.next = node1
node1.next = node2
node2.next = node3

# 遍历链表并打印节点的值
cur = head.next  # 从头节点的下一个节点开始
while cur is not None:
    print(cur.val)
    cur = cur.next
Python

运行结果:

1
2
3
Python

插入节点

插入节点是指在链表中的任意位置添加一个新节点。在插入节点时,我们需要修改节点间的指针,将新节点插入到正确的位置。下面是一个示例代码,演示如何在链表的某个位置插入一个新节点:

# 创建链表
head = ListNode(None)
node1 = ListNode(1)
node2 = ListNode(2)
node3 = ListNode(3)
head.next = node1
node1.next = node2
node2.next = node3

# 插入新节点
new_node = ListNode(4)
cur = head.next  # 从头节点的下一个节点开始
while cur is not None:
    if cur.val == 2:  # 在值为2的节点后插入新节点
        new_node.next = cur.next
        cur.next = new_node
    cur = cur.next

# 遍历链表并打印节点的值
cur = head.next
while cur is not None:
    print(cur.val)
    cur = cur.next
Python

运行结果:

1
2
4
3
Python

删除节点

删除节点是指在链表中删除指定的节点。在删除节点时,我们同样需要修改节点间的指针,将目标节点从链表中移除。下面是一个示例代码,演示了如何删除链表中的某个节点:

# 创建链表
head = ListNode(None)
node1 = ListNode(1)
node2 = ListNode(2)
node3 = ListNode(3)
head.next = node1
node1.next = node2
node2.next = node3

# 删除节点
cur = head.next  # 从头节点的下一个节点开始
prev = None  # 记录当前节点的前一个节点
while cur is not None:
    if cur.val == 2:  # 删除值为2的节点
        prev.next = cur.next
        cur.next = None
        break
    prev = cur
    cur = cur.next

# 遍历链表并打印节点的值
cur = head.next
while cur is not None:
    print(cur.val)
    cur = cur.next
Python

运行结果:

1
3
Python

反转链表

反转链表是指将链表中的节点顺序反转。我们可以创建一个新的链表,从头节点开始遍历原链表,逐个将节点加入新链表的头部。下面是一个示例代码,展示了如何反转链表:

# 创建链表
head = ListNode(None)
node1 = ListNode(1)
node2 = ListNode(2)
node3 = ListNode(3)
head.next = node1
node1.next = node2
node2.next = node3

# 反转链表
cur = head.next
new_head = ListNode(None)
while cur is not None:
    next_node = cur.next
    cur.next = new_head.next  # 将当前节点插入新链表头部
    new_head.next = cur
    cur = next_node

# 遍历反转后的链表并打印节点的值
cur = new_head.next
while cur is not None:
    print(cur.val)
    cur = cur.next
Python

运行结果:

3
2
1
Python

总结

本文介绍了Python链表的基本操作,包括定义链表节点、创建链表、遍历链表、插入节点、删除节点和反转链表。链表是一种常见的数据结构,对于处理动态数据集合非常有用。在实际开发中,我们可以根据具体需求,结合链表的特性来设计和优化算法。

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