一、連結串列
連結串列是一種物理儲存單元上非連續、非順序的儲存結構，資料元素的邏輯順序是通過連結串列中的指標連結次序實現的。連結串列由一系列結點（連結串列中每一個元素稱為結點）組成，結點可以在執行時動態生成。每個結點包括兩個部分：一個是儲存資料元素的資料域，另一個是儲存下一個結點地址的指標域。 相比於線性表順序結構，操作複雜。由於不必須按順序儲存，連結串列在插入的時候可以達到O(1)的複雜度，比另一種線性表順序錶快得多，但是查詢一個節點或者訪問特定編號的節點則需要O(n)的時間，而線性表和順序表相應的時間複雜度分別是O(logn)和O(1)。
使用連結串列結構可以克服陣列連結串列需要預先知道資料大小的缺點，連結串列結構可以充分利用計算機記憶體空間，實現靈活的記憶體動態管理。但是連結串列失去了陣列隨機讀取的優點，同時連結串列由於增加了結點的指標域，空間開銷比較大。連結串列最明顯的好處就是，常規陣列排列關聯專案的方式可能不同於這些資料專案在記憶體或磁碟上順序，資料的存取往往要在不同的排列順序中轉換。連結串列允許插入和移除表上任意位置上的節點，但是不允許隨機存取。連結串列有很多種不同的型別：單向連結串列，雙向連結串列以及迴圈連結串列。
二、單連結串列介紹
單向連結串列（單連結串列）是連結串列的一種，其特點是連結串列的連結方向是單向的，對連結串列的訪問要通過順序讀取從頭部開始。單連結串列是一種鏈式存取的資料結構，用一組地址任意的儲存單元存放線性表中的資料元素。連結串列中的資料是以結點來表示的，每個結點的構成：元素(資料元素的映象) + 指標(指示後繼元素儲存位置)，元素就是儲存資料的儲存單元，指標就是連線每個結點的地址資料。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。
鏈式儲存結構的線性表將採用一組任意的儲存單元存放線性表中的資料元素。由於不需要按順序儲存，連結串列在插入、刪除資料元素時比順序儲存要快，但是在查詢一個節點時則要比順序儲存要慢，使用鏈式儲存可以克服順序線性表需要預先知道資料大小的缺點，連結串列結構可以充分利用記憶體空間，實現靈活的記憶體動態管理。但是鏈式儲存失去了陣列隨機存取的特點，同時增加了節點的指標域，空間開銷較大。
三、單連結串列結構
- 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。
四、單連結串列的常用操作圖解
1、頭插
2、尾插
3、指定為之插入
4、刪除
五、單連結串列的python程式碼實現
# 建立節點 class Node(object): def __init__(self,item): self.element = item self.next = None # 建立單連結串列類 class SingleLinkList(object): def __init__(self): self.header = None self.length = 0 # 1、判斷是否為空 def is_empty(self): if self.header == None: return True else: return False # 2、頭部插入 def add(self,node): if self.is_empty(): self.header = node else: node.next = self.header self.header = node # currentNode = self.header self.length += 1 # 3、尾部插入 def appent(self,node): currentNode = self.header if self.is_empty(): self.add(node) else: while (currentNode.next != None): currentNode = currentNode.next currentNode.next = node self.length += 1 # 4、指定位置插入 def insert(self,node,index): currentNode = self.header if index>self.length+1 or index<=0: print("你要插入的位置不對，請重現選擇位置") if index == 1: self.add(node) elif index == 2: node.next = self.header.next self.header.next = node self.length += 1 else: for i in range(1,index-1): currentNode = currentNode.next node.next = currentNode.next currentNode.next = node self.length += 1 # 5、遍歷 def travel(self): currentNode = self.header if self.length == 0: print("你要遍歷的連結串列沒有資料\n") else: print("你要遍歷的連結串列裡面的元素有:",end=" ") for i in range(self.length): print("%s "%currentNode.element,end=" ") currentNode = currentNode.next print("\n") # 6、排序不用交換節點的位置，只需要交換節點上的資料值 def list_sort(self): for i in range(0,self.length-1): currentNode = self.header for j in range(0,self.length-i-1): if currentNode.element > currentNode.next.element: temp = currentNode.element currentNode.element = currentNode.next.element currentNode.next.element = temp currentNode = currentNode.next # 7、按索引刪除 def remove(self,index): if index<=0 or index>self.length: print("你輸入的下標不對，請重新輸入") return else: if index == 1: self.header = self.header.next currentNode = self.header elif index == 2: currentNode = self.header currentNode.next = currentNode.next.next else: currentNode = self.header for i in range(1,index-1): currentNode = currentNode.next currentNode.next = currentNode.next.next self.length -= 1 # 8、查詢是否包含,並返回下標 def isContain(self,num): contain = 0 currentNode = self.header for i in range(self.length): if currentNode.element == num: print("%d在連結串列中%d處\n"%(num,i)) contain = 1 currentNode = currentNode.next if contain == 0: print("%d不在連結串列中\n"%num) # 9、根據下標找節點 def searchNodeByIndex(self,index): currentNode = self.header if index<=0 or index>self.length: print("你輸入的下標不對，請重新輸入\n") return 0 else: for i in range(index-1): currentNode = currentNode.next return currentNode # 10、根據下標修改節點的值 def modifyByIndex(self,index,num): currentNode = self.header if index<=0 or index>self.length: print("你輸入的下標不對，請重新輸入\n") else: for i in range(index-1): currentNode = currentNode.next currentNode.element = num def main(): # 建立一個節點物件 node1 = Node(1) # 建立一個單連結串列物件 single_link_list = SingleLinkList() print("驗證空連結串列的遍歷") single_link_list.travel() print("驗證頭插") single_link_list.add(node1) single_link_list.travel() print("驗證尾插") node2 = Node(2) single_link_list.appent(node2) single_link_list.travel() print("驗證按位置插入") node3 = Node(3) single_link_list.insert(node3,1) single_link_list.travel() print("繼續驗證頭插") node4 = Node(5) single_link_list.add(node4) single_link_list.travel() print("繼續驗證按位置插入") node5 = Node(4) single_link_list.insert(node5,4) single_link_list.travel() print("驗證刪除") single_link_list.remove(3) single_link_list.travel() print("驗證查詢一個節點是否在連結串列中") single_link_list.isContain(8) print("驗證按下標查詢節點") node = single_link_list.searchNodeByIndex(2) print("第二個節點的值為：%s"%node.element) print("\n驗證排序") single_link_list.list_sort() single_link_list.travel() print("驗證修改") single_link_list.modifyByIndex(2,10) single_link_list.travel() if __name__ == '__main__': main()
執行結果為：
驗證空連結串列的遍歷 你要遍歷的連結串列沒有資料 驗證頭插 你要遍歷的連結串列裡面的元素有: 1 驗證尾插 你要遍歷的連結串列裡面的元素有: 1 2 驗證按位置插入 你要遍歷的連結串列裡面的元素有: 3 1 2 繼續驗證頭插 你要遍歷的連結串列裡面的元素有: 5 3 1 2 繼續驗證按位置插入 你要遍歷的連結串列裡面的元素有: 5 3 1 4 2 驗證刪除 你要遍歷的連結串列裡面的元素有: 5 3 4 2 驗證查詢一個節點是否在連結串列中 8不在連結串列中 驗證按下標查詢節點 第二個節點的值為：3 驗證排序 你要遍歷的連結串列裡面的元素有: 2 3 4 5 驗證修改 你要遍歷的連結串列裡面的元素有: 2 10 4 5
六、單連結串列的C語言程式碼實現
#include <stdio.h> typedef struct N { int element; struct N *next; }Node; // 1、建立節點 Node *createNode(int num) { Node *node; node = (Node *)malloc(sizeof(Node)); node->element = num; node->next = NULL; return node; } // 2、建立連結串列 Node *createSingleLinkList(Node *node) { Node *head = node; return head; } // 3、獲取連結串列長度 int getlength(Node *head) { if (head == NULL) { return 0; } int count = 1; Node *current = head; while (current->next != NULL) { count++; current = current->next; } return count; } // 4、頭部插入 Node * add(Node *head, Node *node) { if(head == NULL) { head = node; return head; } else { node->next = head; head = node; return head; } } // 5、尾部插入 Node * append(Node *head,Node *node) { Node *current = head; if (current->next == NULL) { add(head, node); } else { int len = getlength(head); for (int i = 0; i<len-1; i++) { current = current->next; } current->next = node; } return head; } // 6、按下標插入節點 Node * insert(Node *head,Node *node,int index) { int len = getlength(head); if (index<=0||index>len+1) { printf("你要插入的位置不對，請重現選擇位置"); } Node *current = head; if (index == 1) { head = add(head, node); } else if (index == 2) { node->next = head->next; head->next = node; } else { for (int i = 1; i<index-1; i++) { current = current->next; } node->next = current->next; current->next = node; } return head; } // 7、遍歷 void travel(Node *head) { int len = getlength(head); printf("len = %d\n",len); Node *current = head; if (len == 0) { printf("你要遍歷的連結串列沒有資料\n"); } else { printf("你要遍歷的連結串列裡面的元素有: "); for (int i = 0; i<len; i++) { printf("%d ",current->element); current = current->next; } printf("\n"); } } // 8、根據索引刪除 Node * delect(Node *head,int index) { int len = getlength(head); if (index<=0||index>len) { printf("你輸入的下標不對，請重新輸入"); return head; } else { if (index == 1) { head = head->next; } else if (index == 2) { head->next = head->next->next; } else { Node *current = head; for (int i = 1; i<index-1; i++) { current = current->next; } current->next = current->next->next; } } return head; } // 9、查詢是否包含，並返回下標 void isContain(Node *head,int num) { int contain = 0; Node *current = head; int len = getlength(head); for (int i = 0; i<len; i++) { if (current->element == num) { printf("%d在連結串列中的%d處\n",num,i+1); contain = 1; } current = current->next; } if (contain == 0) { printf("%d不在連結串列中\n",num); } } // 10、根據下標找節點 Node *searchByIndex(Node *head , int index) { int len = getlength(head); Node *current = head; if (index<=0||index>len) { printf("你輸入的下標不對，請重新輸入"); return head; } else { for (int i = 0; i<index-1; i++) { current = current->next; } return current; } } // 11、根據下標修改節點的值 void modifyByIndex(Node *head,int index,int num) { int len = getlength(head); Node *current = head; if (index<=0||index>len) { printf("你輸入的下標不對，請重新輸入"); } else { for (int i = 0; i<index-1; i++) { current = current->next; } current->element = num; } } int main(int argc, const char * argv[]) { printf("==========1、建立節點==========\n"); Node * node1 = createNode(1); printf("==========2、建立單連結串列==========\n"); Node * head = createSingleLinkList(node1); travel(head); printf("==========3、驗證頭插==========\n"); Node *node2 = createNode(0); head = add(head, node2); travel(head); Node *node3 = createNode(2); head = add(head, node3); travel(head); printf("==========4、驗證尾插==========\n"); Node *node4 = createNode(4); head = append(head,node4); travel(head); Node *node5 = createNode(5); head = append(head,node5); travel(head); printf("==========5、驗證按下標插入==========\n"); Node *node6 = createNode(6); head = insert(head, node6, 1); travel(head); printf("==========6、驗證按下標刪除==========\n"); head = delect(head, 2); travel(head); printf("==========7、驗證是否包含==========\n"); isContain(head, 8); printf("==========8、驗證根據下標找節點==========\n"); Node *n = searchByIndex(head, 1); printf("第一個節點是%d\n",n->element); printf("==========9、驗證根據下標修改==========\n"); modifyByIndex(head, 3, 9); travel(head); return 0; }
執行結果為：
==========1、建立節點========== ==========2、建立單連結串列========== len = 1 你要遍歷的連結串列裡面的元素有: 1 ==========3、驗證頭插========== len = 2 你要遍歷的連結串列裡面的元素有: 0 1 len = 3 你要遍歷的連結串列裡面的元素有: 2 0 1 ==========4、驗證尾插========== len = 4 你要遍歷的連結串列裡面的元素有: 2 0 1 4 len = 5 你要遍歷的連結串列裡面的元素有: 2 0 1 4 5 ==========5、驗證按下標插入========== len = 6 你要遍歷的連結串列裡面的元素有: 6 2 0 1 4 5 ==========6、驗證按下標刪除========== len = 5 你要遍歷的連結串列裡面的元素有: 6 0 1 4 5 ==========7、驗證是否包含========== 8不在連結串列中 ==========8、驗證根據下標找節點========== 第一個節點是6 ==========9、驗證根據下標修改========== len = 5 你要遍歷的連結串列裡面的元素有: 6 0 9 4 5
寫到此處以吐血，相信你看的也會吐血！！！！