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深入理解 Python 链表 ListNode

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在计算机科学中,链表(Linked List)是一种常见的数据结构,它由一系列节点组成,每个节点包含数据并且指向下一个节点。Python 中并没有内置的链表数据结构,但我们可以通过自定义类来实现。ListNode 通常用于表示链表中的节点。

ListNode 的基本结构

一个基本的 ListNode 类通常如下定义:

  1. class ListNode:
  2. def __init__(self, value=0, next_node=None):
  3. self.value = value
  4. self.next = next_node

属性解释:

  • value:存储节点的数据。
  • next:指向下一个节点的引用。如果是链表的最后一个节点,那么 next 将为 None

创建和操作链表

创建链表

创建一个简单的链表,即三个节点的链表结构如图所示:

  1. 1 -> 2 -> 3
  1. # 创建节点
  2. node1 = ListNode(1)
  3. node2 = ListNode(2)
  4. node3 = ListNode(3)
  5. # 链接节点
  6. node1.next = node2
  7. node2.next = node3

遍历链表

链表的常见操作之一是遍历所有节点,例如,打印所有节点的值:

  1. current_node = node1 # 从头节点开始
  2. while current_node is not None:
  3. print(current_node.value)
  4. current_node = current_node.next

插入节点

假设要在节点 2 和节点 3 之间插入一个新节点 4:

  1. new_node = ListNode(4)
  2. new_node.next = node2.next # 将新节点指向节点 3
  3. node2.next = new_node # 将节点 2 指向新节点

删除节点

假设要删除节点 2:

  1. node1.next = node2.next # node1 直接指向 node3
  2. node2.next = None # 断开 node2 的链接(可选,帮助垃圾回收)

链表优缺点

优点:

  • 动态大小:与数组不同,链表不需要分配固定大小的空间。
  • 插入/删除效率高:在已知位置插入或删除元素时的效率高,不需移动其他元素。

缺点:

  • 访问效率较低:不能通过索引直接访问,需要遍历。
  • 额外内存开销:每个节点存储一个指针,额外消耗内存。

总结

ListNode 是链表中的基本构建块,通过它可以构建各种类型的链表(单链表、双向链表、循环链表)。理解链表节点的结构和基本操作如创建、遍历、插入、删除,有助于处理链表相关题目和任务。在实际编码过程中,选择合适的数据结构尤为重要,链表在某些场景中能够提供更好的性能与灵活性。

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