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 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 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 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