- 대표적인 데이터 구조2: 링크드 리스트 (Linked List)

3. 대표적인 데이터 구조2: 링크드 리스트 (Linked List)

  • 배열은 순차적으로 연결된 공간에 데이터를 나열하는 데이터 구조
  • 링크드 리스트는 떨어진 곳에 존재하는 데이터를 화살표로 연결해서 관리하는 데이터 구조
  • 본래 C언어에서는 주요한 데이터 구조이지만, 파이썬은 리스트 타입이 링크드 리스트의 기능을 모두 지원

본래 배열과 링크드 리스트의 장단점 (전통적인 C언어에서의 배열과 링크드 리스트)

  • 본래 배열은 사전에 데이터 공간을 할당하고, 데이터를 순차적으로 저장, 인덱스와 1:1로 가리킬 수 있음
  • 링크드 리스트는 사전에 데이터 공간을 미리 할당하지 않아도 됨
    • 데이터가 필요할 때마다, 새로운 공간에 데이터를 만들고, 화살표로 기존 데이터 리스트와 연결하면 됨
  • 파이썬은 리스트 타입이 모든 기능 지원

링크드 리스트가 어떻게 구현되는지만 알아보자

  • 기본 자료 구조 이므로 알아두어야 함
In [52]:
class Node:
    def __init__(self, data):
        self.data = data
        self.next = ''

def add(data):
    node = head
    while head.next:
        node = head.next
    node.next = Node(data)
In [55]:
head = Node(10)
add(11)

print (head.data)
print (head.next.data)
10
11
In [49]:
node1.data 
Out[49]:
10
In [50]:
head = Node(10)
In [ ]:
 

파이썬으로 초간단 구현해보기

In [45]:
# 노드 클래스 만들기
class Node:
    def __init__(self, data, next=None):
        self.data = data
        self.next = next
In [46]:
# 데이터 생성
node1 = Node(1)
node2 = Node(2)
node3 = Node(3)
node4 = Node(4)
In [47]:
# 데이터 연결하기
node1.next = node2
node2.next = node3
node3.next = node4
In [48]:
# 데이터 출력하기
node = node1
while node:
    print (node.data)
    node = node.next
1
2
3
4

링크드 리스트 기본 기능: 기존 리스트에 데이터 추가시 (출처: wikipedia, https://en.wikipedia.org/wiki/Linked_list)

단순하게 생각해보면 다음과 같이 작성하면 됨

In [56]:
# 새로운 데이터가 있을때
node5 = Node(2)
In [74]:
# 중간에 껴넣기 (node2 와 node3 사이)
node2.next = node5
node5.next = node3
In [49]:
# 데이터 출력하기
node = node1
while node:
    print (node.data)
    node = node.next
1
2
3
4

객체지향 프로그래밍으로 생각해보면 다음과 같이 작성할 수 있음 (복잡)

In [9]:
class Node:
    def __init__(self, data):
        self.data = data
        self.next = None

class NodeMgmt:
    def __init__(self, data):
        self.head = Node(data)
    
    def add(self, data):
        if self.head == '':
            self.head = Node(data)
        else:
            node = self.head
            while node.next:
                node = node.next
            node.next = Node(data)

    def desc(self):
        node = self.head
        while node:
            print (node.data)
            node = node.next
In [10]:
node_mgmt = NodeMgmt(0)
node_mgmt.desc()
0
In [11]:
for data in range(1, 10):
    node_mgmt.add(data)
node_mgmt.desc()
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9

특정 노드를 삭제한다면 다음과 같이 작성할 수 있음 (복잡)

  • 다음 코드는 위의 코드에서 delete 메서드만 추가한 것이므로 해당 메서드만 확인하면 됨
In [36]:
class Node:
    def __init__(self, data):
        self.data = data
        self.next = None

class NodeMgmt:
    def __init__(self, data):
        self.head = Node(data)
    
    def add(self, data):
        if self.head == '':
            self.head = Node(data)
        else:
            node = self.head
            while node.next:
                node = node.next
            node.next = Node(data)

    def desc(self):
        node = self.head
        while node:
            print (node.data)
            node = node.next

    def delete(self, data):
        if self.head == '':
            print ('해당 값을 가진 노드가 없습니다.')
            return
        if self.head.data == data:                   # 경우의 수1: self.head를 삭제해야할 경우 - self.head를 바꿔줘야 함
            temp = self.head                         # self.head 객체를 삭제하기 위해, 임시로 temp에 담아서 객체를 삭제했음
            self.head = self.head.next               # 만약 self.head 객체를 삭제하면, 이 코드가 실행이 안되기 때문!
            del temp
        else:
            node = self.head
            while node.next:                         # 경우의 수2: self.head가 아닌 노드를 삭제해야할 경우
                if node.next.data == data:
                    temp = node.next
                    node.next = node.next.next       # 오마이갓 - 어쩔 수 없었음, 더 쉽게 작성하려 해도... node의 next 주소를 
                    del temp                         #          다다음 노드로 가리키려 하다보니 node.next의 next 로 표현해야함
                    pass                             
                else:
                    node = node.next

테스트를 위해 1개 노드를 만들어 봄

In [37]:
node_mgmt = NodeMgmt(0)
node_mgmt.desc()
0

node_mgmt.head 객체가 살아있음을 확인

In [38]:
node_mgmt.head
Out[38]:
<__main__.Node at 0x10b2887b8>

node_mgmt.head 를 지워봄(위에서 언급한 경우의 수1)

In [39]:
node_mgmt.delete(0)

다음 코드 실행시 아무것도 안나온다는 것은 node_mgmt.head 가 정상적으로 삭제되었음을 의미

In [40]:
node_mgmt.head

다시 하나의 노드를 만들어봄

In [41]:
node_mgmt = NodeMgmt(0)
node_mgmt.desc()
0

이번엔 여러 노드를 더 추가해봄

In [42]:
for data in range(1, 10):
    node_mgmt.add(data)
node_mgmt.desc()
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9

노드 중에 한개를 삭제함 (위에서 언급한 경우의 수2)

In [43]:
node_mgmt.delete(4)

특정 노드가 삭제되었음을 알 수 있음

In [44]:
node_mgmt.desc()
0
1
2
3
5
6
7
8
9
프로그래밍 연습
위 코드에서 node2를 삭제하고, 전체 링크드 리스트 순서 유지하기 (실제 출력해보기)
프로그래밍 연습
위 코드에서 node의 data가 특정 숫자인 것을 찾는 함수 만들기
In [51]:
def search_node(data):
    node = node1
    while node:
        if node.data == data:
            return node
        else:
            node = node.next

node = search_node(4)
print (node.data)
4
프로그래밍 연습
위 코드에서 새로운 값을 가지는 node를 링크드 리스트 맨 마지막에 추가하는 함수 만들고 5 값을 가지는 node 를 링크드 리스트에 추가하기
In [ ]:
 
  • 더블 링크드 리스트(Doubly linked list) 기본 구조 (출처: wikipedia, https://en.wikipedia.org/wiki/Linked_list)
    • 이중 연결 리스트라고도 함
    • 장점: 양방향으로 연결되어 있어서 노드 탐색이 양쪽으로 모두 가능
In [98]:
# 노드 클래스 만들기
class Node:
    head = None
    
    def __init__(self, data, prev=None, next=None):
        self.prev = prev
        self.data = data
        self.next = next

def add(data):
    node = Node.head

    while node:
        prev = node
        node = node.next
    
    prev.next = Node(data)
    prev.next.prev = prev
In [99]:
Node.head = Node(0)
In [100]:
for index in range(1, 10):
    add(index)
In [101]:
Node.head.data
Out[101]:
0
In [ ]:
 
프로그래밍 연습
위 클래스를 기반으로 새로운 노드를 더블링크드리스트에 추가하는 함수 만들고, 1 ~ 10 까지 값을 가지는 노드를 순서대로 연결하기
프로그래밍 연습
위 클래스를 기반으로 특정 값을 가지는 노드를 더블링크드리스트에서 제거하는 함수 만들고 7 값을 가진 노드를 제거하기