python 链表如何表示

在Python中表示链表可以使用类定义节点结构、使用对象实现动态数据存储、通过指针链接实现遍历和操作。 在Python中，链表是一种常见的数据结构，可以通过定义节点类和链接节点来实现。链表的基本结构由节点组成，每个节点包含数据部分和指向下一个节点的指针（引用）。常见的链表类型有单向链表和双向链表。接下来，我将详细描述如何在Python中表示链表。

一、单向链表的实现

单向链表是链表中最简单的一种形式，每个节点包含一个数据元素和一个指向下一个节点的引用。

定义节点类

在单向链表中，每个节点由两个部分组成：数据和指针。我们可以使用一个类来表示节点：

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

在这个类中，data用于存储节点的数据部分，而next用于存储指向下一个节点的引用。

定义链表类

链表类用于管理节点的插入、删除和遍历操作。我们可以定义一个链表类：

class LinkedList:
    def __init__(self):
        self.head = None

在链表类中，head是链表的头节点，通过它可以访问整个链表。接下来，我们实现一些基本操作。

插入节点

在链表中插入节点有多种方式，比如在链表头部插入、在链表尾部插入或在指定位置插入。以下是头插法和尾插法的实现：

头插法：

def insert_at_beginning(self, data):
    new_node = Node(data)
    new_node.next = self.head
    self.head = new_node

尾插法：

def insert_at_end(self, data):
    new_node = Node(data)
    if not self.head:
        self.head = new_node
        return
    last = self.head
    while last.next:
        last = last.next
    last.next = new_node

删除节点

删除操作通常包括删除头节点、尾节点或指定位置的节点。以下是删除头节点的示例：

def delete_head(self):
    if self.head is None:
        return
    self.head = self.head.next

遍历链表

遍历链表用于访问链表中的每个节点。以下是遍历链表的示例：

def traverse(self):
    current = self.head
    while current:
        print(current.data, end=" -> ")
        current = current.next
    print("None")

二、双向链表的实现

双向链表与单向链表的主要区别在于节点有两个指针，一个指向下一个节点，一个指向前一个节点。双向链表的实现稍微复杂一些，但操作起来更加灵活。

定义节点类

在双向链表中，节点类需要包含三个部分：数据、指向下一个节点的指针和指向前一个节点的指针。

class DNode:
    def __init__(self, data):
        self.data = data
        self.next = None
        self.prev = None

定义链表类

双向链表类与单向链表类似，但由于每个节点有两个指针，因此需要处理更多的指针操作。

class DoublyLinkedList:
    def __init__(self):
        self.head = None

插入节点

在双向链表中，插入节点时需要更新前后指针。以下是头插法和尾插法的示例：

头插法：

def insert_at_beginning(self, data):
    new_node = DNode(data)
    new_node.next = self.head
    if self.head is not None:
        self.head.prev = new_node
    self.head = new_node

尾插法：

def insert_at_end(self, data):
    new_node = DNode(data)
    if not self.head:
        self.head = new_node
        return
    last = self.head
    while last.next:
        last = last.next
    last.next = new_node
    new_node.prev = last

删除节点

删除双向链表中的节点时，需要同时更新前后指针。以下是删除头节点的示例：

def delete_head(self):
    if self.head is None:
        return
    self.head = self.head.next
    if self.head is not None:
        self.head.prev = None

遍历链表

遍历双向链表与单向链表类似，但我们还可以从尾到头进行遍历：

def traverse_forward(self):
    current = self.head
    while current:
        print(current.data, end=" <-> ")
        current = current.next
    print("None")
def traverse_backward(self):
    current = self.head
    while current and current.next:
        current = current.next
    while current:
        print(current.data, end=" <-> ")
        current = current.prev
    print("None")

三、循环链表的实现

循环链表是一种特殊的链表，其中最后一个节点指向头节点。可以是单向循环链表，也可以是双向循环链表。实现方式与普通链表类似，只是在节点插入和删除时需要注意环的连接。

单向循环链表

在单向循环链表中，需要将最后一个节点的next指针指向头节点。

class CircularLinkedList:
    def __init__(self):
        self.head = None
    def insert_at_end(self, data):
        new_node = Node(data)
        if not self.head:
            self.head = new_node
            new_node.next = self.head
            return
        last = self.head
        while last.next != self.head:
            last = last.next
        last.next = new_node
        new_node.next = self.head

双向循环链表

双向循环链表的实现需要处理两个方向的循环连接。

class CircularDoublyLinkedList:
    def __init__(self):
        self.head = None
    def insert_at_end(self, data):
        new_node = DNode(data)
        if not self.head:
            self.head = new_node
            new_node.next = self.head
            new_node.prev = self.head
            return
        last = self.head.prev
        last.next = new_node
        new_node.prev = last
        new_node.next = self.head
        self.head.prev = new_node