Python双链表原理与实现方法详解

本文实例讲述了Python双链表原理与实现方法。分享给大家供大家参考，具体如下：

Python实现双链表

文章目录

• Python实现双链表
  • 单链表与双链表比较
  • 双链表的实现
    • 定义链表节点
    • 初始化双链表
    • 判断链表是否为空
    • 双链表尾部添加元素
    • 双链表头部添加节点：
    • 双链表表头删除
    • 双链表按位置插入
    • 双链表删除指定节点
    • 完整代码

单链表与双链表比较

• 双链表比单链表多一个前驱指针位置，空间效率不占优势
• 由于双链表中的节点既可以向前也可以向后，相比单链表在查找方面效率更高（可使用二分法）

双链表的实现

定义链表节点

• class Node(object):
    def __init__(self, value=None, prev=None, next=None):
      self.value = value	# 节点数据域
      self.prev = prev	# 节点前驱指针
      self.next = next	# 节点后继指针

初始化双链表

• 在双链表类的构造方法中定义头指针以及链表长度属性

• class doubleLinked(object):
  
    def __init__(self):
      self.head = Node()	# 头指针节点，用于确定链表第一个节点，不计入链表实际长度
      self.length = 0

判断链表是否为空

• 通过实例属性self.length是否为0判断链表是否为空

• # 判断链表是否为空
    def is_Empty(self):
      return self.length == 0

双链表尾部添加元素

• 根据传入的value值创建node节点对象

• 判断是否为空，若为空则插入节点的前驱节点为head头指针节点,head头指针指向node

• 如果链表非空：

  • 通过while循环判断当前节点的后继节点是否为None，找到尾节点
  • 找到尾节点后，将尾节点指向待添加节点，待添加节点前驱节点域指向原伪节点
  • 长度+1

• # 尾部添加
    def append(self, value):
      node = Node(value)
      if self.length == 0:
        node.prev = self.head
        self.head.next = node
      else:
        curnode = self.head.next
        while curnode.next != None:
          curnode = curnode.next
        curnode.next = node
        node.prev = curnode
      self.length += 1

双链表头部添加节点：

• 调用类方法is_Empty()判断是否为空，若为空则直接调用append()方法

• 当链表非空时

  • 首先创建待添加节点对象node
  • 设置中间变量存放原头指针指向的节点
  • 将头指针重新指向待添加节点
  • 新添加节点后驱指针域指向中间变量(即原第一个节点)
  • 中间变量前驱指针域指向新添加节点
  • 链表长度+1

• # 头部添加
    def add(self, value):
      if self.is_Empty():
        self.append(value)
      node = Node(value)
      curnode = self.head.next
      self.head.next = node
      node.next = curnode
      curnode.prev = node
      self.length += 1

双链表表头删除

• 老样子，依旧要先判断原链表是否为空，为空的时候返回False

• 链表不为空时：

  • 将头指针指向的节点存放到中间变量curnode
  • 将头指针指向的节点指向头指针(也就是第一个节点现在变成了头指针)
  • 新头指针指向中间变量的后驱节点
  • 链表长度-1

• # 删除表头节点
    def remove(self):
      if self.is_Empty():
        return False
      curnode = self.head.next
      self.head = self.head.next
      self.head.next = curnode.next
      self.length -= 1

双链表按位置插入

• 接收两个位置参数，postion和value

• 创建待插入节点对象

• 变量curnode存放当前节点，变量i初始值为2(位置参数<2时，默认插入到第二个位置，>2时，通过while循环找到指定位置节点再进行插入)

• 找到指定位置后，待插入节点的后驱指针指向当前节点curnode的后继节点，待插入节点的前驱节点为当前节点。

• 当前节点的原后驱节点的前驱指针域指向待插入节点，当前节点curnode的后驱节点变更为插入节点

• 链表长度+1

• # 插入到指定位置
    def insert(self, postion, value):
      node = Node(value)
      curnode = self.head.next
      i = 2
      while i < postion:
        i += 1
        curnode = curnode.next
      node.next = curnode.next
      node.prev = curnode
      curnode.next.prev = node
      curnode.next = node
      self.length += 1

双链表删除指定节点

• 依旧需要判断是否为空，为空时返回False

• 链表不为空时：

  • 设置中间变量curnode存放当前节点
  • while循环找到相匹配的值的节点
  • 找到相应节点后，应删除节点的前驱节点的后继节点更改为应删除节点的后继节点；应删除节点的后继节点的前驱更改为应删除节点的前驱；
  • 应删除节点后继指针指向自己
  • 链表长度-1

• # 删除指定节点
    def delete(self, value):
      if self.is_Empty():
        return False
      curnode = self.head.next
      while curnode.value != value:
        curnode = curnode.next
      curnode.prev.next = curnode.next
      curnode.next.prev = curnode.prev
      curnode.next = curnode
      self.length -= 1

完整代码

class Node(object):
  def __init__(self, value=None, prev=None, next=None):
    self.value = value
    self.prev = prev
    self.next = next


class doubleLinked(object):

  def __init__(self):
    self.head = Node()
    self.length = 0

  def __iter__(self):
    for node in self.iter_node():
      yield node.value

  # 对链表进行可迭代操作
  def iter_node(self):
    curnode = self.head.next
    while curnode.next != None:
      yield curnode
      curnode = curnode.next
    if curnode.next == None:
      yield curnode

  # 判断链表是否为空
  def is_Empty(self):
    return self.length == 0

  # 尾部添加
  def append(self, value):
    node = Node(value)
    if self.length == 0:
      node.prev = self.head
      self.head.next = node
    else:
      curnode = self.head.next
      while curnode.next != None:
        curnode = curnode.next
      curnode.next = node
      node.prev = curnode
    self.length += 1

  # 头部添加
  def add(self, value):
    if self.is_Empty():
      self.append(value)
    node = Node(value)
    curnode = self.head.next
    self.head.next = node
    node.next = curnode
    curnode.prev = node
    self.length += 1

  # 插入到指定位置
  def insert(self, postion, value):
    node = Node(value)
    curnode = self.head.next
    i = 2
    while i < postion:
      i += 1
      curnode = curnode.next
    node.next = curnode.next
    node.prev = curnode
    curnode.next.prev = node
    curnode.next = node
    self.length += 1
  # 删除表头节点
  def remove(self):
    if self.is_Empty():
      return False
    curnode = self.head.next
    self.head = self.head.next
    self.head.next = curnode.next
    self.length -= 1

  # 删除指定节点
  def delete(self, value):
    if self.is_Empty():
      return False
    curnode = self.head.next
    while curnode.value != value:
      curnode = curnode.next
    curnode.prev.next = curnode.next
    curnode.next.prev = curnode.prev
    curnode.next = curnode
    self.length -= 1

# 测试
linkedlist = doubleLinked()
print(linkedlist.is_Empty())
linkedlist.append(1)
linkedlist.append(3)
linkedlist.append(5)
linkedlist.add(4)
linkedlist.add(2)
linkedlist.insert(3,10)
linkedlist.remove()
linkedlist.delete(3)
# 遍历打印
i = 1
for node in linkedlist:
  print("第%d个链表节点的值: %d"%(i, node))
  i += 1

运行结果：

True
第1个链表节点的值: 4
第2个链表节点的值: 10
第3个链表节点的值: 1
第4个链表节点的值: 5

希望本文所述对大家Python程序设计有所帮助。