链表(linked_list)是物理存储单元上非连续的、非顺序的存储结构，数据元素的逻辑顺序是通过链表的指针地址实现，每个元素包含两个结点，一个是存储元素的数据域 (内存空间)，另一个是指向下一个结点地址的指针域。根据指针的指向，链表能形成不同的结构，例如单链表，双向链表，循环链表等。
链表通过将链点 i 与其邻居链点 i+1 通过指针相关联，从索引 0 到索引 N-1 对链点进行排序。
链表分为单链表和双链表两种。在接下来的内容里，我们将逐步介绍单链表的具体功能是如何实现的。
1. 创建 Node 类
创建一个 Node 的类，作为基础数据结构：链点，并初始化对应的内参。
具体实现代码如下：
class Node:
def __init__(self, data):
self.data = data #表示对应的元素值
self.next = None #表示下一个链接的链点
2. 创建 Linked_List 类
创建一个 Linked_List 的类，并初始化对应的内参。
具体实现代码如下：
class Linked_List:
def __init__(self):
self.head = None #表示链表的头部元素
def initlist(self,data_list): #链表初始化函数
self.head=Node(data_list[0]) #创建头结点
temp=self.head
for i in data_list[1:]: #逐个为 data 内的数据创建结点, 建立链表
node=Node(i)
temp.next=node
temp=temp.next
3. 添加 is_empty 函数
添加一个 is_empty 的函数，功能是判断链表是否为空
具体实现代码如下：
def is_empty(self):
return self.Head is None #判断链表是否为空
4. 添加 insert 函数
insert(item) 往链表中任意位置添加一个 item 元素
流程如下：
- Vertex vtx = new Vertex(v) 初始化一个新的点
- tail.next = vtx 队列尾部的后继是这个新的点
- tail = vtx 然后让队列尾部指针指向这个新的点
具体实现代码如下：
def insert(self,key,value): #链表插入数据函数
if key<0 or key>self.get_length()-1:
print("insert error")
temp=self.head
i=0
while i<=key: #遍历找到索引值为 key 的结点后, 在其后面插入结点
pre=temp
temp=temp.next
i=i+1
node=Node(value)
pre.next=node
node.next=temp
5. 添加 remove 函数
remove() 从链表中任意位置删除一个元素
流程如下：
- 先判断队列是否为空，为空即退出 dequeue 操作，不为空即继续后续操作
- temp = head 设置一个 temp 指针，使它的指针指向队列头部
- head = head.next 队列头部指针，使之指向队列头部的后继(即队列头部元素出队)
- delete temp 删除 temp 指针
具体实现代码如下：
def remove(self,key): #链表删除数据函数
if key<0 or key>self.get_length()-1:
print("insert error")
i=0
temp=self.head
while temp !=None: #遍历找到索引值为 key 的结点
pre=temp
temp=temp.next
i=i+1
if i==key:
pre.next=temp.next
temp=None
return True
pre.next=None
6. 添加其他函数
get_length:获取链表的长度
print_list:遍历链表，并将元素依次打印出来
reverse:将链表反转
具体实现代码如下：
def get_length(self): #获取链表的长度
temp=self.head #临时变量指向队列头部
length=0 #计算链表的长度变量
while temp!=None:
length=length+1
temp=temp.next
return length #返回链表的长度
def print_list(self): #遍历链表，并将元素依次打印出来
print("linked_list:")
temp = self.head #临时变量指向队列头部
while temp is not None:
print(temp.data)
temp = temp.next
def reverse(self): #将链表反转
prev = None
current = self.head
while current:
next_node = current.next
current.next = prev
prev = current
current = next_node
self.head = prev
基于链表的基本功能介绍，我们给出链表的完整代码
在/home/shiyanlou/下新建一个文件linked_list.py。
具体实现代码如下：
class Node:
def __init__(self, data):
self.data = data
self.next = None
class Linked_List:
def __init__(self):
self.head = None
def initlist(self,data_list): #链表初始化函数
self.head=Node(data_list[0]) #创建头结点
temp=self.head
for i in data_list[1:]: #逐个为 data 内的数据创建结点, 建立链表
node=Node(i)
temp.next=node
temp=temp.next
def is_empty(self): #判断链表是否为空
if self.head.next==None:
print("Linked_list is empty")
return True
else:
return False
def get_length(self): #获取链表的长度
temp=self.head #临时变量指向队列头部
length=0 #计算链表的长度变量
while temp!=None:
length=length+1
temp=temp.next
return length #返回链表的长度
def insert(self,key,value): #链表插入数据函数
if key<0 or key>self.get_length()-1:
print("insert error")
temp=self.head
i=0
while i<=key: #遍历找到索引值为 key 的结点后, 在其后面插入结点
pre=temp
temp=temp.next
i=i+1
node=Node(value)
pre.next=node
node.next=temp
def print_list(self): #遍历链表，并将元素依次打印出来
print("linked_list:")
temp=self.head
new_list=[]
while temp is not None:
new_list.append(temp.data)
temp=temp.next
print(new_list)
def remove(self,key): #链表删除数据函数
if key<0 or key>self.get_length()-1:
print("insert error")
i=0
temp=self.head
while temp !=None: #遍历找到索引值为 key 的结点
pre=temp
temp=temp.next
i=i+1
if i==key:
pre.next=temp.next
temp=None
return True
pre.next=None
def reverse(self): #将链表反转
prev = None
current = self.head
while current:
next_node = current.next
current.next = prev
prev = current
current = next_node
self.head = prev
复杂度分析
链表属于常见的一种线性结构，对于插入和移除而言，时间复杂度都为 O(1)
但是对于搜索操作而言，不管从链表的头部还是尾部，都需要遍历 O(n)，所以最好复杂度为 O(1)，最坏的情况就是从头部遍历到尾部才搜索出对应的元素，所以最坏复杂度为 O(n)，平均复杂度为 O(n)。
归纳如下：
- 最好复杂度为 O(1)
- 最坏复杂度为 O(n)
- 平均复杂度为 O(n)