線性表之鏈式表

主要內容

單鏈表
雙鏈表和循環鏈表

鏈式表是一種常見的數據結構，它由一系列節點組成，每個節點包含數據和指向下一個節點的指針。鏈式表具有靈活的插入和刪除操作，但訪問元素的效率較低。

一.單鏈表

單鏈表是最簡單的鏈表結構之一。它由一系列節點組成，每個節點包含數據和指向下一個節點的指針。單鏈表的特點是只能從頭節點開始依次訪問每個節點，無法直接訪問任意位置的節點。這使得單鏈表在插入和刪除操作時效率較高，但在查找和訪問特定節點時效率較低。

1.頭插法建立單鏈表

代碼如下（示例）:

C語言代碼：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>typedef struct Node {int data;struct Node* next;
} Node;Node* createListByHeadInsert(int arr[], int n) {Node* head = (Node*)malloc(sizeof(Node));head->next = NULL;for (int i = 0; i < n; i++) {Node* newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node));newNode->data = arr[i];newNode->next = head->next;head->next = newNode;}return head;
}

Python代碼：

class Node:def __init__(self, data):self.data = dataself.next = Nonedef create_list_by_head_insert(arr):head = Node(None)for data in arr:new_node = Node(data)new_node.next = head.nexthead.next = new_nodereturn head

2.尾插法建立單鏈表

代碼如下（示例）:

C語言代碼：

Node* createListByTailInsert(int arr[], int n) {Node* head = (Node*)malloc(sizeof(Node));head->next = NULL;Node* tail = head;for (int i = 0; i < n; i++) {Node* newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node));newNode->data = arr[i];newNode->next = NULL;tail->next = newNode;tail = newNode;}return head;
}

Python代碼：

def create_list_by_tail_insert(arr):head = Node(None)tail = headfor data in arr:new_node = Node(data)tail.next = new_nodetail = new_nodereturn head

3.按序號查找結點值

代碼如下（示例）:

C語言代碼：

int getElemByIndex(Node* head, int index) {Node* p = head->next;int i = 1;while (p && i < index) {p = p->next;i++;}if (!p || i > index) {return -1;}return p->data;
}

Python代碼：

def get_elem_by_index(head, index):p = head.nexti = 1while p and i < index:p = p.nexti += 1if not p or i > index:return -1return p.data

4.按值查找表結點

代碼如下（示例）:

C語言代碼：

Node* locateElem(Node* head, int value) {Node* p = head->next;while (p && p->data != value) {p = p->next;}return p;
}

Python代碼：

def locate_elem(head, value):p = head.nextwhile p and p.data != value:p = p.nextreturn p

5.插入節點操作

代碼如下（示例）:

C語言代碼：

void insertElem(Node* head, int index, int value) {Node* p = head;int i = 0;while (p && i < index - 1) {p = p->next;i++;}if (!p || i > index - 1) {return;}Node* newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node));newNode->data = value;newNode->next = p->next;p->next = newNode;
}

Python代碼：

def insert_elem(head, index, value):p = headi = 0while p and i < index - 1:p = p.nexti += 1if not p or i > index - 1:returnnew_node = Node(value)new_node.next = p.nextp.next = new_node

6.刪除結點操作

代碼如下（示例）:

C語言代碼：

void deleteElem(Node* head, int value) {Node* p = head;while (p->next && p->next->data != value) {p = p->next;}if (p->next) {Node* temp = p->next;p->next = temp->next;free(temp);}
}

Python代碼：

def delete_elem(head, value):p = headwhile p.next and p.next.data != value:p = p.nextif p.next:temp = p.nextp.next = temp.nextdel temp

7.求表長操作

代碼如下（示例）:

C語言代碼：

int getLength(Node* head) {Node* p = head->next;int length = 0;while (p) {length++;p = p->next;}return length;
}

Python代碼：

def get_length(head):p = head.nextlength = 0while p:length += 1p = p.nextreturn length

二.雙鏈表和循環鏈表

雙鏈表在單鏈表的基礎上增加了一個指向前一個節點的指針。這樣一來，雙鏈表可以雙向遍歷，即可以從頭節點向后遍歷，也可以從尾節點向前遍歷。這種特性使得雙鏈表在某些場景下具有更高的靈活性和效率。

1.雙鏈表的插入操作

代碼如下（示例）:

C語言實現：

void insertNode(struct Node* prevNode, int newData) {if (prevNode == NULL) {printf("The given previous node cannot be NULL");return;}struct Node* newNode = (struct Node*)malloc(sizeof(struct Node));newNode->data = newData;newNode->next = prevNode->next;prevNode->next = newNode;newNode->prev = prevNode;if (newNode->next != NULL) {newNode->next->prev = newNode;}
}

Python實現：

def insertNode(prev_node, new_data):if prev_node is None:print("The given previous node cannot be NULL")returnnew_node = Node(new_data)new_node.next = prev_node.nextprev_node.next = new_nodenew_node.prev = prev_nodeif new_node.next is not None:new_node.next.prev = new_node

2.雙鏈表的刪除操作

代碼如下（示例）:

C語言實現：

void deleteNode(struct Node** head_ref, struct Node* del) {if (*head_ref == NULL || del == NULL) {return;}if (*head_ref == del) {*head_ref = del->next;}if (del->next != NULL) {del->next->prev = del->prev;}if (del->prev != NULL) {del->prev->next = del->next;}free(del);
}

Python實現：

def deleteNode(head_ref, del_node):if head_ref is None or del_node is None:returnif head_ref == del_node:head_ref = del_node.nextif del_node.next is not None:del_node.next.prev = del_node.previf del_node.prev is not None:del_node.prev.next = del_node.nextdel_node = None

循環鏈表是一種特殊的鏈表結構，其尾節點指向頭節點，形成一個閉環。循環鏈表可以用于模擬循環隊列或循環緩沖區等場景，其特點是可以無限循環訪問節點。

3.循環單鏈表

代碼如下（示例）:

C語言實現：

struct Node {int data;struct Node* next;
};void insertNode(struct Node** head_ref, int newData) {struct Node* newNode = (struct Node*)malloc(sizeof(struct Node));struct Node* last = *head_ref;newNode->data = newData;newNode->next = *head_ref;if (*head_ref == NULL) {newNode->next = newNode;} else {while (last->next != *head_ref) {last = last->next;}last->next = newNode;}*head_ref = newNode;
}

Python實現：

class Node:def __init__(self, data):self.data = dataself.next = Nonedef insertNode(head_ref, new_data):new_node = Node(new_data)last = head_refnew_node.next = head_refif head_ref is None:new_node.next = new_nodeelse:while last.next != head_ref:last = last.nextlast.next = new_nodehead_ref = new_node

循環雙鏈表是一種特殊的鏈式表，它的最后一個節點指向第一個節點，而第一個節點指向最后一個節點，形成一個循環。循環雙鏈表可以在任意位置插入和刪除節點。

4.循環雙鏈表的插入操作

代碼如下（示例）:

C語言實現：

typedef struct Node {int data;struct Node* prev;struct Node* next;
} Node;void insert(Node* head, int data) {Node* newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node));newNode->data = data;newNode->prev = head;newNode->next = head->next;head->next->prev = newNode;head->next = newNode;
}

Python實現：

class Node:def __init__(self, data):self.data = dataself.prev = Noneself.next = Nonedef insert(head, data):new_node = Node(data)new_node.prev = headnew_node.next = head.nexthead.next.prev = new_nodehead.next = new_node

5.循環雙鏈表的刪除操作

代碼如下（示例）:

C語言實現：

void delete(Node* node) {node->prev->next = node->next;node->next->prev = node->prev;free(node);
}

Python實現：

def delete(node):node.prev.next = node.nextnode.next.prev = node.prev

靜態鏈表是一種使用數組來模擬鏈表結構的數據結構。它的特點是在靜態分配的數組中維護節點的關系，而不是使用指針。靜態鏈表在某些特定場景下可以減少指針操作的開銷，但也限制了鏈表的動態性和靈活性。

6.靜態鏈表的基本操作

代碼如下（示例）:

C語言實現：

#define MAX_SIZE 100
typedef struct {int data;int next;
} Node;int allocate(Node* arr) {int i = arr[0].next;if (i != -1) {arr[0].next = arr[i].next;}return i;
}void deallocate(Node* arr, int i) {arr[i].next = arr[0].next;arr[0].next = i;
}

Python實現：

MAX_SIZE = 100
class Node:def __init__(self, data, next):self.data = dataself.next = nextdef allocate(arr):i = arr[0].nextif i != -1:arr[0].next = arr[i].nextreturn idef deallocate(arr, i):arr[i].next = arr[0].nextarr[0].next = i