Python双向循环链表实现方法分析

本文实例讲述了Python双向循环链表实现方法。分享给大家供大家参考，具体如下：

最近身边的朋友在研究用python来实现数据结构。遇到一个问题就是双向循环链表的实现，改指向的时候总是发蒙。

我自己尝实现了一个python的双向循环链表。附上代码，希望对大家有帮助。

如果不懂什么是双向循环链表的伙伴，需要补习一下数据结构的基础之后哦~~~

在python当中 用一个类Node 来实现链表的节点，节点数据有三个变量：

• prev：前驱指针： 用于指向当前节点前一个节点
• next: 后继指针  用于指向当前节点后一个节点
• item： 值， 用于存储该节点要存的数值

当前节点的前一个节点我们叫他前驱，后一个节点我们叫他后继。

在链表类当中，我们有一个变量head是链表的头指针

我们拿着链表的头head，就可以对他进行一些列操作：（ 由于是双向循环链表，修改指针特别容易出错，我尽量说的细致，方便大家参考）

判断空：is_empty()

如果头指针head没有指向则链表是空的 否则不是空的

在头部添加元素: add(item)

1 新建一个节点 里面的值是item。

2 放入头部：

2.1 如果链表是空的，node的next和prev都指向自己，然后head再指向node

在尾部添加元素: append(item)

1 创建一个新节点node 里面的值是item

2 放入尾部：

2.1 如果链表空，则执行头部添加add就可以

2.2 链表非空：

2.2.1 node的next指向head

2.2.2 node的prev指向head的prev

2.2.3 head的prev元素的next指向node

2.2.4 head的prev指向改为node

2.2.5 head指向node  更换了头部

指定位置添加元素： insert( pos , item )

1 新建一个节点node 里面的值是item

2 找到合适的位置插进去：

2.1 如果pos <= 0 还小，那就执行头插方法 add()

2.2 如果pos >= 链表长度, 那就执行尾部插入 append()

2.3 如果pos位置在链表的中间：

2.3.1 定义一个临时变量temp 按照传入的pos找到要插入的位置的前一个元素

2.3.2 node的prev设为temp,node的next设为temp的next

2.3.3 temp的next指向的节点的prev改为node

2.3.4 temp的next改为node

得到链表长度： length()

1 我们设置一个临时变量temp初始设为head ， 设置一个计数器count 初始为 0

2 令count自增1 然后temp改指向自己的下一个元素 一直到temp遇到None 为止，temp到了链表的最后一个元素

通过这样的方式，统计出一共有多少个节点返回

遍历链表数据： travelji()

1 设置一个临时变量temp初始化设为head

2 temp 每次输出自己指向元素的值，然后在指向自己的下一个元素，一直temp为None 说明到了列表的尾部

删除链表元素： remove( item )

1 开启temp临时变量 初始化为head ，

2  temp不断指向自己的下一个元素，每次指向一个元素都检查当前值是不是item，如果找到item则删除它返回True，如果没找到就到尾部了就返回False

2.1 删除过程：

2.1.1 temp的前一个元素的next改为temp的后一个元素

2.1.2 temp的后一个元素的prev改为前一个元素

查询是否有元素：search()

设置一个临时变量temp从head开始，不断指向自己下一个，每次都检查一下自己的值如果和item相同返回True结束

如果temp变成None 则到尾部了都没找到 返回False

上代码！

# -*- coding:utf-8 -*-
#!python3
#链表的节点
class Node(object):
 def __init__(self , item ):
  self.item = item #节点数值
  self.prev = None #用于指向前一个元素
  self.next = None #用于指向后一个元素
#双向循环链表
class DoubleCircleLinkList(object):
 def __init__(self):
  self.__head = None #初始化的时候头节点设为空、
 #判断链表是否为空，head为None 的话则链表是空的
 def is_empty(self):
  return self.__head is None
 #头部添加元素的方法
 def add(self,item):
  node = Node(item) #新建一个节点node 里面的值是item
  # 如果链表是空的，则node的next和prev都指向自己(因为是双向循环)，head指向node
  if self.is_empty():
   self.__head = node
   node.next = node
   node.prev = node
  # 否则链表不空
  else:
   node.next = self.__head #node的next设为现在的head
   node.prev = self.__head.prev #node的prev 设为现在head的prev
   self.__head.prev.next = node #现在head的前一个元素的next设为node
   self.__head.prev = node #现在head的前驱 改为node
   self.__head = node #更改头部指针
 #尾部添加元素方法
 def append(self , item):
  #如果当前链表是空的 那就调用头部插入方法
  if self.is_empty():
   self.add(item)
  #否则链表不为空
  else :
   node = Node(item) #新建一个节点node
   #因为是双向循环链表，所以head的prev其实就是链表的尾部
   node.next = self.__head #node的下一个设为头
   node.prev = self.__head.prev #node的前驱设为现在头部的前驱
   self.__head.prev.next = node #头部前驱的后继设为node
   self.__head.prev = node #头部自己的前驱改为node
 #获得链表长度 节点个数
 def length(self):
  #如果链表是空的 就返回0
  if self.is_empty():
   return 0
  #如果不是空的
  else:
   cur = self.__head #临时变量cur表示当前位置 初始化设为头head
   count = 1 #设一个计数器count，cur每指向一个节点，count就自增1 目前cur指向头，所以count初始化为1
   #如果cur.next不是head，说明cur目前不是最后一个元素，那么count就1，再让cur后移一位
   while cur.next is not self.__head:
    count += 1
    cur = cur.next
   #跳出循环说明所有元素都被累加了一次 返回count就是一共有多少个元素
   return count
 #遍历链表的功能
 def travel(self):
  #如果当前自己是空的，那就不遍历
  if self.is_empty():
   return
  #链表不空
  else :
   cur = self.__head #临时变量cur表示当前位置，初始化为链表的头部
   #只要cur的后继不是头说明cur不是最后一个节点，我们就输出当前值，并让cur后移一个节点
   while cur.next is not self.__head:
    print( cur.item,end=" " )
    cur = cur.next
   #当cur的后继是head的时候跳出循环了，最后一个节点还没有打印值 在这里打印出来
   print( cur.item )
 #置顶位置插入节点
 def insert(self, pos , item ):
  #如果位置<=0 则调用头部插入方法
  if pos <= 0:
   self.add(item)
  #如果位置是最后一个或者更大 就调用尾部插入方法
  elif pos > self.length() - 1 :
   self.append(item)
  #否则插入位置就是链表中间
  else :
   index = 0 #设置计数器，用于标记我们后移了多少步
   cur = self.__head #cur标记当前所在位置
   #让index每次自增1 ，cur后移，当index=pos-1的时候说明cur在要插入位置的前一个元素，这时候停下
   while index < pos - 1 :
    index += 1
    cur = cur.next
   #跳出循环，cur在要插入位置的前一个元素，将node插入到cur的后面
   node = Node(item) #新建一个节点
   node.next = cur.next #node的后继设为cur的后继
   node.prev = cur #node的前驱设为cur
   cur.next.prev = node #cur后继的前驱改为node
   cur.next = node #cur后继改为node
 #删除节点操作
 def remove(self,item):
  #如果链表为空 直接不操作
  if self.is_empty():
   return
  #链表不为空
  else:
   cur = self.__head #临时变量标记位置，从头开始
   #如果头结点就是 要删除的元素
   if cur.item == item:
    #如果只有一个节点 链表就空了 head设为None
    if self.length() == 1:
     self.__head = None
    #如果多个元素
    else:
     self.__head = cur.next #头指针指向cur的下一个
     cur.next.prev= cur.prev #cur后继的前驱改为cur的前驱
     cur.prev.next = cur.next #cur前驱的后继改为cur的后继
   #否则 头节点不是要删除的节点 我们要向下遍历
   else:
    cur = cur.next #把cur后移一个节点
    #循环让cur后移一直到链表尾元素位置，期间如果找得到就删除节点，找不到就跳出循环，
    while cur is not self.__head:
     #找到了元素cur就是要删除的
     if cur.item == item:
      cur.prev.next = cur.next #cur的前驱的后继改为cur的后继
      cur.next.prev = cur.prev #cur的后继的前驱改为cur的前驱
     cur = cur.next
 #搜索节点是否存在
 def search(self , item):
  #如果链表是空的一定不存在
  if self.is_empty():
   return False
  #否则链表不空
  else:
   cur = self.__head #设置临时cur从头开始
   # cur不断后移，一直到尾节点为止
   while cur.next is not self.__head:
    #如果期间找到了就返回一个True 结束运行
    if cur.item == item:
     return True
    cur = cur.next
   # 从循环跳出来cur就指向了尾元素 看一下为元素是不是要找的 是就返回True
   if cur.item ==item:
    return True
   #所有元素都不是 就返回False 没找到
   return False
if __name__ == "__main__":
 dlcl = DoubleCircleLinkList()
 print(dlcl.search(7))
 dlcl.travel()
 dlcl.remove(1)
 print(dlcl.length())
 print(dlcl.is_empty())
 dlcl.append(55)
 print(dlcl.search(55))
 dlcl.travel()
 dlcl.remove(55)
 dlcl.travel()
 print(dlcl.length())
 dlcl.add(3)
 print(dlcl.is_empty())
 dlcl.travel()
 dlcl.add(4)
 dlcl.add(5)
 dlcl.append(6)
 dlcl.insert(-10,1)
 dlcl.travel()
 print(dlcl.length())
 dlcl.remove(6)
 dlcl.travel()
 print(dlcl.search(7) )
 dlcl.append(55)
 dlcl.travel()

运行结果：

False
0
True
True
55
0
False
3
1 5 4 3 6
5
1 5 4 3
False
1 5 4 3 55

各种数据结构主要是思想，不同的人实现方式都不一定一样，同一个人多次实现也不一定一样。所以以上代码仅供参考~

如果有更简洁的方式，欢迎大家批评指正哦~

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希望本文所述对大家Python程序设计有所帮助。