数据结构和算法-8-双向链表

我不是女神ヾ 2022-01-14 12:57 176阅读 0赞

这篇来学习一个更复杂的数据结构，双向链表，我们在前面单向链表知识基础上，来分析和看看在双向链表中相关方法的实现

1.双向链表定义

一种更复杂的链表是“双向链表”，每个节点有两个链接：一个指向前一个节点，当此节点为第一个节点时，指向空值；而另一个指向下一个节点，当此节点为最后一个节点时，指向空值。

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2.操作方法

is_empty() 链表是否为空
    length(）链表长度
    travel() 遍历链表
    add(item) 链表头部添加
    append(item) 链表尾部添加
    insert(pos, item) 指定位置添加
    remove() 删除节点
    search(item) 查找节点是否存在

3.代码实现过程

先写节点结构，一个节点包含三部分，数据域和前节点地址和下一个节点地址

# coding:utf-8
    
    
    class Node(object):
        """双链表的节点"""
        def __init__(self, item):
            """item存放数据元素"""
            self.item = item
            self.next = None
            self.prev = None

然后看看单链表已有的方法和双链表有没有区别，如果没有区别，我们就直接拿过来，下面的判断为空和链表长度和链表遍历是不需要改变代码的。

下面来看看add append 和insert这三个方法，在双链表中的修改，因为涉及到prev这个指针，所以这三个方法需要修改。

def add(self, item):
            """链表头部添加元素"""
            node = Node(item)
            # 先让插入节点next位置指向了原来的第一个节点
            node.next = self.__head
            self.__head = node
            # 让原来第一个节点（插入后变成第二个）的prev指向了刚刚插入的节点node
            node.next.prev = node
    
        def append(self, item):
            """链表尾部添加元素"""
            node = Node(item)
            if self.is_empty():
                self.__head = node
            else:
                cur = self.__head
                while cur.next != None:
                    cur = cur.next
                cur.next = node
                # 尾部插入，把当前节点的前驱指向游标中尾部节点
                node.prev = cur
    
        def insert(self, pos, item):
            """指定位置插入元素"""
            # 如果要插入位置小于等于0，说明在头部添加元素
            if pos <= 0:
                self.add(item)
            # 如果要插入位置大于最后一个节点位置，说尾部添加元素
            elif pos > (self.length() - 1):
                self.append(item)
            else:
                cur = self.__head
                count = 0
                while count < (pos - 1):
                    count += 1
                    cur = cur.next
                # 当循环退出，cur指向pos-1位置
                node = Node(item)
                # 把插入节点next域指向cur位置
                node.next = cur
                # 把插入节点的prew域指向了cur之前前一个节点
                node.prev = cur.prev
                # cur的前一个节点的next域指向了当前node节点
                cur.prev.next = node
                # cur的prev域指向刚刚插入的node
                cur.prev = node

在来看看双链表元素删除操作

# coding:utf-8
    
    
    class Node(object):
        """双链表的节点"""
        def __init__(self, item):
            """item存放数据元素"""
            self.item = item
            self.next = None
            self.prev = None
    
    
    class DoubleLinkList(object):
        """"双链表"""
    
        def __init__(self, node=None):
            self.__head = node
    
        def is_empty(self):
            """判断链表是否为空"""
            return self.__head is None
    
        def length(self):
            """链表长度"""
            # cur游标 用来移动遍历元素
            cur = self.__head
            # count记录数量
            count = 0
            while cur is not None:
                count += 1
                cur = cur.next
            return count
    
        def travel(self):
            """遍历整个链表"""
            cur = self.__head
            while cur is not None:
                print(cur.item, end=" ")
                cur = cur.next
            print("")
    
        def add(self, item):
            """链表头部添加元素"""
            node = Node(item)
            # 先让插入节点next位置指向了原来的第一个节点
            node.next = self.__head
            self.__head = node
            # 让原来第一个节点（插入后变成第二个）的prev指向了刚刚插入的节点node
            node.next.prev = node
    
        def append(self, item):
            """链表尾部添加元素"""
            node = Node(item)
            if self.is_empty():
                self.__head = node
            else:
                cur = self.__head
                while cur.next is not None:
                    cur = cur.next
                cur.next = node
                # 尾部插入，把当前节点的前驱指向游标中尾部节点
                node.prev = cur
    
        def insert(self, pos, item):
            """指定位置插入元素"""
            # 如果要插入位置小于等于0，说明在头部添加元素
            if pos <= 0:
                self.add(item)
            # 如果要插入位置大于最后一个节点位置，说尾部添加元素
            elif pos > (self.length() - 1):
                self.append(item)
            else:
                cur = self.__head
                count = 0
                while count < (pos - 1):
                    count += 1
                    cur = cur.next
                # 当循环退出，cur指向pos-1位置
                node = Node(item)
                # 把插入节点next域指向cur位置
                node.next = cur
                # 把插入节点的prew域指向了cur之前前一个节点
                node.prev = cur.prev
                # cur的前一个节点的next域指向了当前node节点
                cur.prev.next = node
                # cur的prev域指向刚刚插入的node
                cur.prev = node
    
        def search(self, item):
            """查找元素是否存在"""
            cur = self.__head
            while cur is not None:
                if cur.item == item:
                    return True
                else:
                    cur = cur.next
            return False
    
        def remove(self, item):
            """删除节点"""
            cur = self.__head
            while cur is not None:
                if cur.item == item:
                    if cur == self.__head:
                        self.__head = cur.next
                        # 如果是头节点删除，当前删除节点下一个节点的prev域指向None，
                        # 也就是下一个节点就变成头节点
                        if cur.next:
                            # 判断链表是否只有一个节点的情况
                            cur.next.prev = None
                    else:
                        # 当前要删除节点的前一个节点的next域指向了当前节点的后面一个节点
                        cur.prev.next = cur.next
                        # 当前节点的前一个节点的prev域指向了当前节点的前一个节点
                        if cur.next:
                            cur.next.prev = cur.prev
                    break
                else:
                    cur = cur.next
    
    
    if __name__ == "__main__":
        dl = DoubleLinkList()
        print(dl.is_empty())
        print(dl.length())
        dl.append(3)
        dl.append(5)
        dl.add(8)
        dl.travel()
        dl.insert(2,13)
        dl.travel()
        dl.search(13)
        dl.remove(13)
        dl.travel()

运行下效果

True
    0
    8 3 5 
    8 13 3 5 
    8 3 5

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