【3】数据结构的双向链表章
目录标题
- 双向链表的定义
- 双向链表的初始化
- 双向链表的创建
- 插入操作
- 删除操作
- 双向链表总代码与调试
双向链表的定义
-
结点结构组成：数据域（data）、指针域（pre）、指针域（next）。其中，
- data存储结点的值
- pre直接前驱结点的地址
- next直接后继结点的地址
-
定义：在单链表中的每一个结点中再增加一个指向其前驱的指针域，该中方式形式的链表成为双向链表。
-
结点示意图
-
双向链表逻辑结构示意图
-
代码定义双向链表结点
class Node:
"""
定义双向链表结点类型
"""
def __init__(self, data):
# 存储结点中的数据域
self.data = data
# 指向后继结点的指针域next
self.next = None
# 指向前驱结点的指针域pre
self.pre = None
双向链表的初始化
- 初始化双向链表
class DLinkedList:
"""
双向链表的定义
"""
def __init__(self):
"""
双向链表的初始化
"""
self.head = Node(None)
- 判断双向链表是否为空
def isEmpty(self):
"""
判断双向链表是否为空表
:return: true or false
"""
# 如果头结点的next域为none，则返回True，否则返回false
return self.head.next is None
- 求双向链表的长度
def getLength(self):
"""
获取双向链表的长度
:return: 当前双向链表中元素的个数
"""
# length用于计算双向链表的长度
length = 0
# 声明cur指针，用于遍历表
cur = self.head.next
while cur != None:
length += 1
cur = cur.next
return length
- 展示双向链表
def display(self):
"""
遍历双向链表，进行扫描展示
:return:
"""
if self.isEmpty():
print("当前双向链表为空")
return
print("双向链表的元素为:", end="")
# 循环遍历
cur = self.head.next
while cur != None:
print(cur.data, end="")
cur =cur.next
print()
双向链表的创建
def append(self, data):
"""
建立双向链表
:param data: 待插入的元素
:return:
"""
# 查找尾结点
rear = self.head
while rear.next != None:
rear = rear.next
# 创建新结点
newNode = Node(data)
# 将尾结点的next指针指向新结点
rear.next = newNode
# 将新结点的pre指针指向尾结点
newNode.pre = rear
插入操作
-
核心思想
- 在双向链表第index个结点之前插入一个新的结点，通过四个操作调整指针的指向；
- 1.设置指针，指向第index个结点，将新结点的前驱指针指向指针cur所指向的结点的前驱结点
- 2.将指针cur所指向的结点的前驱结点的后继指针指向新结点
- 3.将新结点的后继指针指向cur所指向的结点
- 4.将指针cur所指向的结点的前驱指针指向新结点
-
插入示意图
-
代码定义插入法
def insert(self, index, data):
"""
双向链表中任意位置插入元素
:param index: 待插入的元素位置
:param data: 待插入元素的值
:return:
"""
i = 1
# 声明指针cur,用于遍历双向链表
cur = self.head
# 遍历
while cur != None and i !=index + 1:
cur = cur.next
i += 1
# index非法情况
if cur == None or i > self.getLength():
raise IndexError('index 非法')
# 创建新结点
newNode = Node(data)
# 将新结点的前驱指针指向指针cur所指向的结点的前驱结构
newNode.pre = cur.pre
# 将指针cur所指向的结点的前驱结点的后继指针指向新结点
cur.pre.next = newNode
# 将新结点的后继指针指向cur所指向的结点
newNode.next = cur
# 将指针cur所指向的结点的前驱指针指向新结点
cur.pre = newNode
删除操作
- 核心思想
- 设置局域指针cur，遍历表，直到该指针指向要删除结点；
- 将指针cur所指向结点的前驱结点的next指针指向指针cur所指向结点的后继结点
- 将指针cur所指向结点的后继结点的pre指针指向指针cur指向结点的前驱结点
- 删除示意图
- 代码定义删除法
def delete(self, index):
"""
在双向链表中任意位置删除元素
:param index: 待删除元素的位置
:return: 被删除的元素
"""
# 若双向链表为空，抛出异常
if self.isEmpty():
raise IndexError('当前为空表！')
# 找到需要删除结点的前一个结点
i = 1
cur = self.head
while cur != None and i != index + 1:
cur = cur.next
i += 1
# 若index非法
if cur == None or i > self.getLength():
raise IndexError('index 非法')
# 获取被删除元素
data = cur.data
# 将指针cur所指向结点的前驱结点的next指针指向指针cur所指向结点的后继结点
cur.pre.next = cur.next
# 将指针cur所指向结点的后继结点的pre指针指向指针cur指向结点的前驱结点
cur.next.pre = cur.pre
return data
双向链表总代码与调试
- 双向链表：单链表的一个缺点是无法快速访问前驱结点，当查找某一元素，需要再次从头开始遍历查找，便有了双向链表。
- 相对于单链表，双向链表复杂一些，它多了一个前驱指针，插入与删除操作相对更复杂与易出错。
# 5.双向链表的实现
class Node:
"""
定义双向链表结点类型
"""
def __init__(self, data):
# 存储结点中的数据域
self.data = data
# 指向后继结点的指针域next
self.next = None
# 指向前驱结点的指针域pre
self.pre = None
class DLinkedList:
"""
双向链表的定义
"""
def __init__(self):
"""
双向链表的初始化
"""
self.head = Node(None)
def isEmpty(self):
"""
判断双向链表是否为空表
:return: true or false
"""
# 如果头结点的next域为none，则返回True，否则返回false
return self.head.next is None
def getLength(self):
"""
获取双向链表的长度
:return: 当前双向链表中元素的个数
"""
# length用于计算双向链表的长度
length = 0
# 声明cur指针，用于遍历表
cur = self.head.next
while cur != None:
length += 1
cur = cur.next
return length
def display(self):
"""
遍历双向链表，进行扫描展示
:return:
"""
if self.isEmpty():
print("当前双向链表为空")
return
print("双向链表的元素为:", end="")
# 循环遍历
cur = self.head.next
while cur != None:
print(cur.data, end="")
cur =cur.next
print()
# 建立双向链表
def append(self, data):
"""
建立双向链表
:param data: 待插入的元素
:return:
"""
# 查找尾结点
rear = self.head
while rear.next != None:
rear = rear.next
# 创建新结点
newNode = Node(data)
# 将尾结点的next指针指向新结点
rear.next = newNode
# 将新结点的pre指针指向尾结点
newNode.pre = rear
def insert(self, index, data):
"""
双向链表中任意位置插入元素
:param index: 待插入的元素位置
:param data: 待插入元素的值
:return:
"""
i = 1
# 声明指针cur,用于遍历双向链表
cur = self.head
# 遍历
while cur != None and i !=index + 1:
cur = cur.next
i += 1
# index非法情况
if cur == None or i > self.getLength():
raise IndexError('index 非法')
# 创建新结点
newNode = Node(data)
# 将新结点的前驱指针指向指针cur所指向的结点的前驱结构
newNode.pre = cur.pre
# 将指针cur所指向的结点的前驱结点的后继指针指向新结点
cur.pre.next = newNode
# 将新结点的后继指针指向cur所指向的结点
newNode.next = cur
# 将指针cur所指向的结点的前驱指针指向新结点
cur.pre = newNode
def delete(self, index):
"""
在双向链表中任意位置删除元素
:param index: 待删除元素的位置
:return: 被删除的元素
"""
# 若双向链表为空，抛出异常
if self.isEmpty():
raise IndexError('当前为空表！')
# 找到需要删除结点的前一个结点
i = 1
cur = self.head
while cur != None and i != index + 1:
cur = cur.next
i += 1
# 若index非法
if cur == None or i > self.getLength():
raise IndexError('index 非法')
# 获取被删除元素
data = cur.data
# 将指针cur所指向结点的前驱结点的next指针指向指针cur所指向结点的后继结点
cur.pre.next = cur.next
# 将指针cur所指向结点的后继结点的pre指针指向指针cur指向结点的前驱结点
cur.next.pre = cur.pre
return data
if __name__ == '__main__':
# print('PyCharm')
# 1.双向链表初始化
list = DLinkedList()
list.display()
# 2.创建双向链表
for i in range(10):
list.append(chr(ord('A') + i))
print('尾插入操作，', end="")
list.display()
# 3.获取双向链表的长度
length = list.getLength()
print('双向链表的长度为：', length)
# 4.在双向链表中任意位置插入元素
list.insert(2, 'Y')
list.display()
# 4.在双向链表中任意位置删除元素
data = list.delete(2)
print("被删除元素为：", data)
list.display()