python一个单向链表反转

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mob649e815b1a71 2024-10-09 04:09:36 ©著作权

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如何实现Python中的单向链表反转

在计算机科学中，链表是一种重要的数据结构。单向链表的基本结构是在一个节点中存储数据以及对下一个节点的引用。反转一个单向链表则是将节点的顺序反转，使得第一个节点变成最后一个节点，最后一个节点变成第一个节点。

整体流程

我们可以将反转单向链表的流程分为几个主要步骤：

步骤	操作	描述
1	定义节点类	创建一个节点类，用于表示链表中的每个节点。
2	初始化链表	创建一个链表并添加一些节点。
3	实现反转函数	编写一个函数来遍历链表，并在遍历的同时反转节点的方向。
4	测试反转功能	创建测试代码以确保链表反转实现正常。

接下来，我们将详细讨论每个步骤，并提供实现代码。

步骤详解

步骤 1: 定义节点类

首先我们需要定义一个节点类。每个节点包含两个部分：数据和对下一个节点的引用。

class Node:
    def __init__(self, value):
        self.value = value  # 存储节点的数据
        self.next = None    # 存储下一个节点的引用

步骤 2: 初始化链表

接下来，我们创建一个链表并添加一些节点。我们可以创建一个简单的单向链表类。

class LinkedList:
    def __init__(self):
        self.head = None  # 链表的头节点

    def append(self, value):
        new_node = Node(value)  # 创建一个新节点
        if self.head is None:
            self.head = new_node  # 如果链表为空，新节点成为头节点
        else:
            current = self.head
            while current.next:  # 找到链表的最后一个节点
                current = current.next
            current.next = new_node  # 将新节点添加到链表的末尾

    def print_list(self):
        current = self.head
        while current:  # 打印链表中的所有节点
            print(current.value)
            current = current.next

步骤 3: 实现反转函数

现在我们来实现反转链表的函数。我们将使用三个指针：prev、current和next，来逐步调整节点的指向。

def reverse_linked_list(head):
    prev = None          # 初始化前一个节点为None
    current = head      # 从头节点开始遍历
    while current:      # 当当前节点不为None时
        next_node = current.next  # 暂存当前节点的下一个节点
        current.next = prev  # 反转当前节点的指向
        prev = current      # 移动前一个节点到当前节点
        current = next_node  # 移动到下一个节点
    return prev  # 返回新的头节点，即原链表的最后一个节点

步骤 4: 测试反转功能

最后，我们需要一种方式来验证我们的反转功能是否正常。我们将创建一个简单的测试程序。

# 创建链表并添加节点
ll = LinkedList()
ll.append(1)
ll.append(2)
ll.append(3)
ll.append(4)

print("原链表:")
ll.print_list()  # 打印原链表

# 反转链表
reversed_head = reverse_linked_list(ll.head)

# 创建一个新的链表用于存储反转后的结果
reversed_ll = LinkedList()
reversed_ll.head = reversed_head

print("反转后的链表:")
reversed_ll.print_list()  # 打印反转后的链表

序列图展示

要更直观地理解这个过程，我们可以通过序列图来展示节点的反转过程。

sequenceDiagram
    participant A as 原链表
    participant B as 反转过程
    participant C as 反转后的链表

    A->>B: 当前节点 1
    B->>B: 反转指向
    B->>A: 移动到节点 2

    A->>B: 当前节点 2
    B->>B: 反转指向
    B->>A: 移动到节点 3
    
    A->>B: 当前节点 3
    B->>B: 反转指向
    B->>A: 移动到节点 4
    
    A->>B: 当前节点 4
    B->>B: 反转指向
    B->>C: 返回新的头节点