單向連結串列

單向連結串列也叫單鏈表，是連結串列中最簡單的一種形式，它的每個節點包含兩個域，一個資訊域（元素域）和一個連結域。這個連結指向連結串列中的下一個節點，而最後一個節點的連結域則指向一個空值。

• 表元素域elem用來存放具體的資料。
• 連結域next用來存放下一個節點的位置（python中的標識）
• 變數p指向連結串列的頭節點（首節點）的位置，從p出發能找到表中的任意節點。

節點實現

class SingleNode(object):
    """單鏈表的結點"""
    def __init__(self,item):
        # _item存放資料元素
        self.item = item
        # _next是下一個節點的標識
        self.next = None
 

單鏈表的操作

• is_empty() 連結串列是否為空
• length() 連結串列長度
• travel() 遍歷整個連結串列
• add(item) 連結串列頭部新增元素
• append(item) 連結串列尾部新增元素
• insert(pos, item) 指定位置新增元素
• remove(item) 刪除節點
• search(item) 查詢節點是否存在

單鏈表的實現

class SingleLinkList(object):
    """單鏈表"""
    def __init__(self):
        self._head = None

    def is_empty(self):
        """判斷連結串列是否為空"""
        return self._head == None

    def length(self):
        """連結串列長度"""
        # cur初始時指向頭節點
        cur = self._head
        count = 0
        # 尾節點指向None，當未到達尾部時
        while cur != None:
            count += 1
            # 將cur後移一個節點
            cur = cur.next
        return count

    def travel(self):
        """遍歷連結串列"""
        cur = self._head
        while cur != None:
            print cur.item,
            cur = cur.next
        print ""
 

頭部新增元素

def add(self, item):
        """頭部新增元素"""
        # 先建立一個儲存item值的節點
        node = SingleNode(item)
        # 將新節點的連結域next指向頭節點，即_head指向的位置
        node.next = self._head
        # 將連結串列的頭_head指向新節點
        self._head = node

尾部新增元素

 def append(self, item):
        """尾部新增元素"""
        node = SingleNode(item)
        # 先判斷連結串列是否為空，若是空連結串列，則將_head指向新節點
        if self.is_empty():
            self._head = node
        # 若不為空，則找到尾部，將尾節點的next指向新節點
        else:
            cur = self._head
            while cur.next != None:
                cur = cur.next
            cur.next = node
 

指定位置新增元素

def insert(self, pos, item):
        """指定位置新增元素"""
        # 若指定位置pos為第一個元素之前，則執行頭部插入
        if pos <= 0:
            self.add(item)
        # 若指定位置超過連結串列尾部，則執行尾部插入
        elif pos > (self.length()-1):
            self.append(item)
        # 找到指定位置
        else:
            node = SingleNode(item)
            count = 0
            # pre用來指向指定位置pos的前一個位置pos-1，初始從頭節點開始移動到指定位置
            pre = self._head
            while count < (pos-1):
                count += 1
                pre = pre.next
            # 先將新節點node的next指向插入位置的節點
            node.next = pre.next
            # 將插入位置的前一個節點的next指向新節點
            pre.next = node

刪除節點

def remove(self,item):
        """刪除節點"""
        cur = self._head
        pre = None
        while cur != None:
            # 找到了指定元素
            if cur.item == item:
                # 如果第一個就是刪除的節點
                if not pre:
                    # 將頭指標指向頭節點的後一個節點
                    self._head = cur.next
                else:
                    # 將刪除位置前一個節點的next指向刪除位置的後一個節點
                    pre.next = cur.next
                break
            else:
                # 繼續按連結串列後移節點
                pre = cur
                cur = cur.next

查詢節點是否存在

def search(self,item):
        """連結串列查詢節點是否存在，並返回True或者False"""
        cur = self._head
        while cur != None:
            if cur.item == item:
                return True
            cur = cur.next
        return False

測試

if __name__ == "__main__":
    ll = SingleLinkList()
    ll.add(1)
    ll.add(2)
    ll.append(3)
    ll.insert(2, 4)
    print "length:",ll.length()
    ll.travel()
    print ll.search(3)
    print ll.search(5)
    ll.remove(1)
    print "length:",ll.length()
    ll.travel()

連結串列與順序表的對比

連結串列失去了順序表隨機讀取的優點，同時連結串列由於增加了結點的指標域，空間開銷比較大，但對儲存空間的使用要相對靈活。

連結串列與順序表的各種操作複雜度如下所示：

注意雖然表面看起來複雜度都是 O(n)，但是連結串列和順序表在插入和刪除時進行的是完全不同的操作。連結串列的主要耗時操作是遍歷查詢，刪除和插入操作本身的複雜度是O(1)。順序表查詢很快，主要耗時的操作是拷貝覆蓋。因為除了目標元素在尾部的特殊情況，順序表進行插入和刪除時需要對操作點之後的所有元素進行前後移位操作，只能通過拷貝和覆蓋的方法進行。