[자료구조] 링크드 리스트 (Linked List)

1. 링크드 리스트 (Linked List) 구조

• 연결 리스트라고도 함
• 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

링크드 리스트 기본 구조와 용어

• 노드(Node): 데이터 저장 단위 (데이터값, 포인터) 로 구성
• 포인터(pointer): 각 노드 안에서, 다음이나 이전의 노드와의 연결 정보를 가지고 있는 공간

일반적인 링크드 리스트 형태

2. 간단한 링크드 리스트 예

Node 구현

• 보통 파이썬에서 링크드 리스트 구현시, 파이썬 클래스를 활용함
  • 파이썬 객체지향 문법 이해 필요
  • 참고: https://www.fun-coding.org/PL&OOP1-3.html

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

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

Node와 Node 연결하기 (포인터 활용)

node1 = Node(1)
node2 = Node(2)
node1.next = node2
head = node1

링크드 리스트로 데이터 추가하기

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

def add(data):
    node = head
    while node.next:
        node = node.next
    node.next = Node(data)

node1 = Node(1)
head = node1
for index in range(2, 10):
    add(index)

링크드 리스트 데이터 출력하기(검색하기)

node = head
while node.next:
    print(node.data)
    node = node.next
print (node.data)

출력결과

1
2
3
4
5
6
7
8
9

3. 링크드 리스트의 장단점 (전통적인 C언어에서의 배열과 링크드 리스트)

• 장점
  • 미리 데이터 공간을 미리 할당하지 않아도 됨
    • 배열은 미리 데이터 공간을 할당 해야 함
• 단점
  • 연결을 위한 별도 데이터 공간이 필요하므로, 저장공간 효율이 높지 않음
  • 연결 정보를 찾는 시간이 필요하므로 접근 속도가 느림
  • 중간 데이터 삭제시, 앞뒤 데이터의 연결을 재구성해야 하는 부가적인 작업 필요

4. 링크드 리스트의 복잡한 기능1 (링크드 리스트 데이터 사이에 데이터를 추가)

링크드 리스트는 유지 관리에 부가적인 구현이 필요함

node3 = Node(1.5)

node = head
search = True
while search:
    if node.data == 1:
        search = False
    else:
        node = node.next

node_next = node.next
node.next = node3
node3.next = node_next

출력

node = head
while node.next:
    print(node.data)
    node = node.next
print (node.data)

1
1.5
2
3
4
5
6
7
8
9

5. 파이썬 객체지향 프로그래밍으로 링크드 리스트 구현하기

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       
                    del temp                         
                    pass                             
                else:
                    node = node.next

    def search_node(self, data):
        node = self.head
        while node:
            if node.data == data:
                return node
            else:
                node = node.next

연습문제 1. 링크드 리스트의 복잡한 기능2 (특정 노드를 삭제)

• 다음 코드는 위의 코드에서 delete 메서드만 추가한 것이므로 해당 메서드만 확인하면 됨

데이터 추가

node_mgmt = NodeMgmt(0)
for index in range(1, 10):
    node_mgmt.add(index)
node_mgmt.desc()

0
1
2
3
4
5
6
7
8
9

특정 노드 삭제

node_mgmt.delete(2)
node_mgmt.desc()

0
1
3
4
5
6
7
8
9

연습문제 2. 노드 데이터가 특정 숫자인 노드를 찾는 함수를 만들고, 테스트해보기

테스트: 임의로 1 ~ 9까지 데이터를 링크드 리스트에 넣어보고, 데이터 값이 4인 노드의 데이터 값 출력해보기

# 테스트
node_mgmt = NodeMgmt(0)
for data in range(1, 10):
    node_mgmt.add(data)

node = node_mgmt.search_node(4)
print (node.data)

4