数据结构与算法实践：链表

# 1. 简介 当谈及数据结构与算法中的链表时，我们首先需要了解链表的基本概念和特点。链表作为一种重要的数据结构，在实际的软件开发中有着广泛的应用。本章将介绍链表的定义、与数组的比较以及链表的优势与应用场景。让我们一起深入探讨链表的世界！ # 2. 链表的基本概念与特点 链表是一种常见的数据结构，主要由节点构成，每个节点包含数据和指向下一个节点的指针。链表有多种类型，包括单链表、双向链表、循环链表等，每种类型都有其特点和应用场景。 ### 2.1 单链表 单链表是最简单的链表形式，每个节点只包含指向下一个节点的指针。单链表的插入和删除操作相对简单，但查找某个节点的前驱节点需要遍历整个链表。适合需要频繁插入、删除操作的场景。 ```python # Python 单链表示例 class Node: def __init__(self, data): self.data = data self.next = None class SinglyLinkedList: def __init__(self): self.head = None # 在链表末尾插入节点 def append(self, data): new_node = Node(data) if not self.head: self.head = new_node return current = self.head while current.next: current = current.next current.next = new_node ``` ### 2.2 双向链表 双向链表中的每个节点除了指向下一个节点，还指向前一个节点，这样可以方便在链表中进行双向遍历。双向链表相较于单链表，空间消耗较大，但在某些场景下提供更便利的操作。 ```java // Java 双向链表示例 class Node { int data; Node prev; Node next; public Node(int data) { this.data = data; this.prev = null; this.next = null; } } class DoublyLinkedList { Node head; // 在链表头部插入节点 void prepend(int data) { Node new_node = new Node(data); new_node.next = head; if (head != null) { head.prev = new_node; } head = new_node; } } ``` ### 2.3 循环链表 循环链表是一种特殊的链表，尾节点指向头节点形成环形结构。循环链表常用于需要循环访问的场景，如约瑟夫问题等。 ```javascript // JavaScript 循环链表示例 class Node { constructor(data) { this.data = data; this.next = null; } } class CircularLinkedList { constructor() { this.head = null; } // 在链表末尾插入节点 append(data) { const new_node = new Node(data); if (!this.head) { this.head = new_node; new_node.next = this.head; } else { let current = this.head; while (current.next !== this.head) { current = current.next; } current.next = new_node; new_node.next = this.head; } } } ``` ### 2.4 静态链表与动态链表 静态链表使用数组实现，需要预先分配一定大小的内存空间，节点的存储位置固定。动态链表则采用动态分配内存的方式，节点的存储空间可以动态增长。在实际应用中，可以根据需求选择静态链表或动态链表。 # 3. 链表的基本操作 在这一章节中，我们将讨论链表的基本操作，包括创建链表、插入与删除节点、遍历与打印链表以及链表的反转与