Python快速掌握单双链表和树~

前言：

单双链表、树、二叉树等数据结构的代码实现都存在相似之处，本文将从单链表入手，轻松掌握单双链表、树、二叉树的代码实现。友情提示：请提前了解什么是链表和树。 

 

 

具体内容 

1.单链表

单链表由一个个节点连接而成每个节点包含两部分信息：值 (val) 、下一个节点 (next) 。

图一单链表示意图

在接触单链表时，书上说的是节点 1 指向节点 2 ，也就是 next 指向下一个节点。在代码实现的时候“ next 指向下一个节点”就等同于“ next ”就是下一个节点。

一个节点由两部分组成：值 (val) 、下一个节点 (next) 。下一个节点 (next) 也由两部分组成： val 和 next 。层层嵌套，就形成了一个单链表。

图二单链表结构图

理解这些后，实现单链表的代码就很简单。

class Node():

def __init__(self,val):

self.elem=val

self.next=None

# 定义单链表 link, 第一个节点的值是 10

link=Node(10)

# 第一个节点的下一个节点是节点 20

link.next=Node(20)

# 第二个节点的下一个节点是 30

link.next.next=Node(30)

# 打印第一个节点的值

print(link.elem)# 返回 10

# 打印第二个节点的值

print(link.next.elem) # 返回 20

# 打印第三个节点的值

print(link.next.next.elem) # 返回 30

根据上方的代码，用节点类 Node 实现了一个单链表，但是很明显，这个单链表的操作看起来有点蠢，当需要添加新节点时，还需要知道链表中有多少个节点，节点一多就需要手敲很多个 next 。

所以需要另一个类，来实现在添加节点时直接添加，而不用去管之前有多少节点。这个类如果还能实现遍历节点之类的操作就更好了。

节点添加：尾插法

# 节点类

class Node():

def __init__(self,val):

self.elem=val

#next 初始化为空

self.next=None

# 定义一个空链表类

class SigleLink():

def __init__(self,node=None):

# 单链表必须从头部访问，空链表需要记录头部，初始化为空

self.__head=node

尾插法，顾名思义，在单链表的尾部添加元素，如果链表为空，令头部 __head 等于新加入节点即可。链表不为空，令最后一个节点的 next 等于新加入的节点，就完成了新节点的插入，由于单链表只能从头部开始操作，所以需要先从头部遍历到最后一个节点。

# 从尾部插入元素

def add_tail(self,val):

# 用户只需传入节点值，由函数自带处理成节点

node=Node(val)

# 分别处理链表为空和不为空的情况

if self.__head==None:

#头部为空，链表为空

self.__head=node

else:

#需要对最后一个节点进行操作，需要先遍历到最后一个节点

cur=self.__head   # 从头节点开始遍历 ,cur 记录当前操作的节点

while cur.next!=None:

# 当前节点的 next 不为空，就将 cur 移向下一个节点

cur=cur.next

cur.next=node

在尾插法的实现中已经包含了节点的遍历，还要再实现从头部插入节点，以及从任意位置插入节点的代码也就很简单了。

# 链表节点遍历

def travel(self):

cur=self.__head

while cur!=None:

print(cur.elem,end=' ')

cur=cur.next

print('')# 换行

节点添加：头插法

在链表头部插入新节点 (node) ，令 node.next 等于原来的头节点，将 node 标识为新的头节点即可。

# 头插法

def add_top(self,val):

node=Node(val)

node.next=self.__head

self.__head=node

节点添加：任意位置插入节点

在下标为 pos 处插入新节点 node ，通过遍历找出第 pos-1 个节点，令 node.next 等于第 pos-1 的节点的 next ，再令第 pos-1 的节点的 next 等于 node 即可 .

# 获取链表的长度

def length(self):

#cur 游标，表示当前操作的节点

cur=self.__head

# 统计有多少节点

count=0

while cur!=None:

count+=1

#将cur 替换为下一个节点

cur=cur.next

return count

def insert(self,pos,val):

# 输入的位置 <0 ，调用头插法

if pos<=0:

self.add_top(val)

# 输入的位置 > 节点个数，调用头插法

elif pos>self.length()-1:

self.add_tail(val)

else:

node=Node(val)

cur=self.__head

count=0  # 表示当前节点的下标，从 0 开始

#遍历到第pos-1 个节点时停止

while count<pos-1:

count+=1

cur=cur.next

node.next=cur.next

cur.next=node

2.双链表

单链表每个节点包含：值 (val) 、下一个节点 (next) 。双链表多一个信息：上一个节点 (last) 。只需要对节点类稍加更改即可。

# 双链表节点类

class Node():

def __init__(self,val):

self.elem=val

self.last=None

self.next=None

（1）遍历

从头部开始遍历，操作和单链表一样。从链表中的某个节点开始遍历，只需要分别向前 (last) 和向后 (next) 遍历一次即可。

（2）插入

单链表从尾部插入只需更改上一个节点的 next ，双链表多一步，还需要更改插入节点的 last 。其他插入方式，也只需要注意多出来的 last 即可。

3.二叉树

二叉树与双链表相比，上一个和下一个节点变为左节点和右节点

根据逻辑结构的变化，对遍历，插入等操作做相应变化即可。

# 二叉树节点类

class Node():

def __init__(self,val):

self.elem=val

self.left=None

self.right=None

4.树

树稍微麻烦一点，因为树中的某个节点有多少子节点是不确定的，所以需要将子节点 (son) 用列表储存。在遍历节点的时候，注意用个 for 循环去遍历当前节点的 son 即可。

# 树节点类

class Node():

def __init__(self,val):

self.elem=val

self.son=[]

结语

单双链表、二叉树、树的代码实现都有其共同之处，在弄清楚单链表的实现后，在编写双链表、二叉树、树的代码时，多思考，举一反三，便能很快上手。

 

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