数据结构与算法（Python）（四）—— 顺序表和链表（2）单向链表

二、链表

1. 链表的定义

• 为什么需要链表？
  顺序表的构建需要预先知道数据大小来申请连续的存储空间，而在进行扩充时又需要进行数据的搬迁，所以使用起来并不是很灵活。链表结构可以充分利用计算机内存空间，实现灵活的内存动态管理。
• 链表的定义
  链表（Linked list）是一种常见的基础数据结构，是一种线性表，但是不像顺序表一样连续存储数据，而是在每一个节点（数据存储单元）里存放下一个节点的位置信息（即地址）。

2. 单向链表

• 单向链表也叫单链表，是链表中最简单的一种形式，它的每个节点包含两个域，一个信息域（元素域） 和一个链接域。这个链接指向链表中的下一个节点，而最后一个节点的链接域则指向一个空值。
  
• 结构
  元素域elem用来存放具体的数据。
  链接域next用来存放下一个节点的位置（python中的标识）
  变量p指向链表的头节点（首节点）的位置，从p出发能找到表中的任意节点。

2.1 节点实现

class Node(object):
    def __init__(self, elem):
        self.elem = elem
        self.next = None

2.2 链表实现

• 单链表可执行的操作
  is_empty() 链表是否为空
  length() 链表长度
  travel() 遍历整个链表
  add(item) 链表头部添加节点
  append(item) 链表尾部添加节点
  insert(pos, item) 指定位置添加节点
  remove(item) 删除节点
  search(item) 查找节点是否存在
• 代码实现（代码后方有几种情况的图示解释）

class SingleLinkList(object):
    def __init__(self, node=None):
        self.__head = node

    def is_empty(self):
        """链表是否为空"""
        return self.__head is None

    def length(self):
        """链表长度"""
        cursor = self.__head
        count = 0
        while cursor is not None:
            count += 1
            cursor = cursor.next
        return count

    def travel(self):
        """遍历整个链表"""
        cursor = self.__head
        while cursor is not None:
            print(cursor.elem, end='\t')
            cursor = cursor.next
        print("")

    def add(self, item):
        """链表头部添加元素"""
        node = Node(item)
        node.next = self.__head
        self.__head = node

    def append(self, item):
        """链表尾部添加元素"""
        node = Node(item)
        if self.is_empty():
            self.__head = node
        else:
            cursor = self.__head
            while cursor.next is not None:
                cursor = cursor.next
            cursor.next = node


    def insert(self, pos, item):
        """指定位置添加元素
        :param pos 从0开始
        """
        if pos <= 0:
            self.add(item)
        elif pos > self.length()-1:
            self.append(item)
        else:
            node = Node(item)
            prior = self.__head
            count = 0
            # 方法1
            # while count < pos:
            #     prior = prior.next
            #     count += 1
            #     if count == pos-1:
            #         node.next = prior.next
            #         prior.next = node
            # 方法2
            while count < pos-1:
                prior = prior.next
                count += 1
            # 当循环退出后，prior指向pos-1的位置
            node.next = prior.next
            prior.next = node

    def remove(self, item):
        """删除节点"""
        cursor = self.__head
        prior = None
        while cursor is not None:
            if cursor.elem == item:
                # 先判断是否是头节点
                if cursor == self.__head:
                    self.__head = cursor.next
                else:
                    prior.next = cursor.next
                return True
            else:
                prior = cursor
                cursor = cursor.next

    def search(self, item):
        """查找节点是否存在"""
        cursor = self.__head
        while cursor is not None:
            if cursor.elem == item:
                return True
            else:
                cursor = cursor.next
        return False

• 几种情况的解释

1. 头部添加节点
   
2. 指定位置添加节点
   
3. 删除节点