python演算法筆記 鍊錶與佇列

2021-10-05 05:25:51 字數 4157 閱讀 1517

鍊錶是一種在物理上非連續,非順序的資料結構,由若干個節點(node)組成。單向鍊錶的每乙個節點包含兩部分,一部分存放資料data,另一部分是指向下乙個節點的指標next。鍊錶的第乙個節點成為頭節點,最後乙個節點稱為尾節點。尾節點的指標指向為空。而雙向列表,就是比單項列表稍微複雜一點,它的每個節點除了有data和next指標外,還有指向前置節點的prev指標。上次我們說到的陣列是在記憶體中順序儲存的,而鍊錶在記憶體中是隨機儲存的。

查詢元素時,鍊錶不能像陣列那樣通過下標快速定位,只能從頭節點逐一查詢。這樣鍊錶的時間複雜度就是o(n)。

不考慮查詢節點的過程,鍊錶的更新也非常容易,像陣列一樣使用新資料替換舊資料即可。

插入節點,鍊錶的插入操作分為3種情況,尾部插入,頭部插入,中間插入。每次只是改動指標的位置便可。具體操作後面**中會比較清晰。

刪除操作,與插入類似,改變指標的指向即可。

class

node

:def

__init__

(self, data)

: self.data = data

self.

next

=none

class

linkedlist

:def

__init__

(self)

: self.size =

0 self.head =

none

self.last =

none

defget

(self, index)

:if index <

0or index >= self.size:

raise exception(

"超出鍊錶節點範圍!"

) p = self.head

for i in

range

(index)

: p = p.

next

return p

definsert

(self, data, index)

:if index <

0or index > self.size:

raise exception(

"超出鍊錶節點範圍!"

) node = node(data)

if self.size ==0:

# 空鍊錶

self.head = node

self.last = node

elif index ==0:

# 插入頭部

node.

next

= self.head

self.head = node

elif self.size == index:

# 插入尾部

self.last.

next

= node

self.last = node

else

:# 插入中間

prev_node = self.get(index-1)

node.

next

= prev_node.

next

prev_node.

next

= node

self.size +=

1def

remove

(self, index)

:if index <

0or index >= self.size:

raise exception(

"超出鍊錶節點範圍!"

)# 暫存被刪除的節點,用於返回

if index ==0:

# 刪除頭節點

removed_node = self.head

self.head = self.head.

next

elif index == self.size -1:

# 刪除尾節點

prev_node = self.get(index-1)

removed_node = prev_node.

next

prev_node.

next

=none

self.last = prev_node

else

:# 刪除中間節點

prev_node = self.get(index-1)

next_node = prev_node.

next

.next

removed_node = prev_node.

next

prev_node.

next

= next_node

self.size -=

1return removed_node

defoutput

(self)

: p = self.head

while p is

notnone

:print

(p.data)

p = p.

next

棧和佇列也是常見的線性資料結構,其實都比較簡單。棧是先進先出,佇列是後進後出。舉個例子,我們在網上衝浪時,不斷地開啟網頁,然後不斷得返回上乙個網頁,最近開啟的也是最先被返回的網頁,這就是典型的棧的結構。最早進入的元素存放的位置叫棧底,最後放入的元素存放的位置叫棧頂。與棧正好相反,佇列是前進先出,就像馬路上的車輛,先到達的也先離開,沒有超車的情況。佇列的出口短叫隊頭,佇列的入口端叫隊尾。

所以佇列的增加刪除都只是對隊頭或者隊尾進行操作。入隊就是在隊尾加入新元素,新元素的下乙個位置就會稱為新的隊尾。出隊就是將隊頭元素移出,原先隊頭的下乙個位置就會稱為新的隊頭。

為了使記憶體能夠得到充分利用。在物理儲存上,隊尾的位置可以在隊頭之前。當再有元素入隊,隊尾指標繼續後移即可。

當(隊尾下標+1)%陣列長度 = 隊頭下標時,代表這個佇列已經滿了。這裡需要注意一下,隊尾指標指向的位置要空出一位,所以佇列最大容量比陣列長度小1。

class

myqueue

:def

__init__

(self, capacity)

: self.

list=[

none

]* capacity

self.front =

0 self.rear =

0def

enqueue

(self, element):if

(self.rear+1)

%len

(self.

list

)== self.front:

raise exception(

"佇列已滿 !"

) self.

list

[self.rear]

= element

self.rear =

(self.rear+1)

%len

(self.

list

)def

dequeue

(self)

:if self.rear == self.front:

raise exception(

"隊列為空 !"

) dequeue_element = self.

list

[self.front]

self.front =

(self.front+1)

%len

(self.

list

)return dequeue_element

defoutput

(self)

: i = self.front

while i != self.rear:

print

(self.

list

[i])

i =(i+1)%

len(self.

list

)

雙端佇列其實是將棧和佇列的特點結合起來,既可以先入先出,也可以先入後出。也就是說隊頭可以入隊出隊,隊尾也可以入隊出隊。細節這裡不再贅述。優先佇列其實是基於二叉堆來實現的,遵循的不是先入先出,而是誰的優先順序最高,誰先出隊。

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