算法竞赛阶段二-数据结构（38）数据结构动态链表list

动态链表（List）的基本概念

动态链表是一种线性数据结构，通过节点间的指针连接实现动态内存分配。与数组不同，链表的大小可随需增减，插入和删除操作的时间复杂度为 O(1)（已知位置时），但随机访问需要 O(n) 时间。

常见动态链表类型

1. 单向链表
   每个节点包含数据和指向下一个节点的指针。

   class Node:
       def __init__(self, data):
           self.data = data
           self.next = None
   

2. 双向链表
   节点包含指向前驱和后继的指针，支持双向遍历。

   class Node:
       def __init__(self, data):
           self.data = data
           self.prev = None
           self.next = None
   

3. 循环链表
   尾节点指向头节点，形成闭环。

动态链表的操作

插入节点
在头部插入：

new_node = Node(data)
new_node.next = head
head = new_node

在中间插入（已知前驱节点 prev_node）：

new_node.next = prev_node.next
prev_node.next = new_node

删除节点
删除头节点：

head = head.next

删除中间节点（已知前驱节点 prev_node）：

prev_node.next = prev_node.next.next

动态链表的优缺点

优点

• 内存按需分配，避免静态数组的浪费。
• 插入/删除高效，无需移动其他元素。

缺点

• 随机访问效率低。
• 需要额外空间存储指针。

动态链表的应用场景

• 实现栈、队列等抽象数据类型。
• 内存管理中的动态分配（如操作系统的空闲内存块管理）。
• 需要频繁插入/删除的场景（如实时系统）。

示例：单向链表的完整实现

class LinkedList:
    def __init__(self):
        self.head = None

    def append(self, data):
        new_node = Node(data)
        if not self.head:
            self.head = new_node
            return
        last = self.head
        while last.next:
            last = last.next
        last.next = new_node

    def print_list(self):
        current = self.head
        while current:
            print(current.data, end=" -> ")
            current = current.next
        print("None")

注意事项

• 动态链表需手动管理内存（如 C/C++ 中需释放节点）。
• 在 Python/Java 等语言中，垃圾回收机制自动处理内存释放。