Python中双向链表的深拷贝

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我在实现 DoublyLinkedList 类的深拷贝方法时遇到了问题。深拷贝应该返回一个不引用原始 DLL 的新的、原始的双向链表(与浅拷贝不同)。

以下是我目前的代码:

class EmptyCollection(Exception):
    pass


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

        def disconnect(self):
            self.data = None
            self.next = None
            self.prev = None

    def __init__(self):
        self.header = DoublyLinkedList.Node()
        self.trailer = DoublyLinkedList.Node()
        self.header.next = self.trailer
        self.trailer.prev = self.header
        self.size = 0

    def __len__(self):
        return self.size

    def is_empty(self):
        return (len(self) == 0)

    def first_node(self):
        if (self.is_empty()):
            raise EmptyCollection("List is empty")
        return self.header.next

    def last_node(self):
        if (self.is_empty()):
            raise EmptyCollection("List is empty")
        return self.trailer.prev

    def add_first(self, elem):
        return self.add_after(self.header, elem)

    def add_last(self, elem):
        return self.add_after(self.trailer.prev, elem)

    def add_after(self, node, elem):
        prev = node
        succ = node.next
        new_node = DoublyLinkedList.Node()
        new_node.data = elem
        new_node.prev = prev
        new_node.next = succ
        prev.next = new_node
        succ.prev = new_node
        self.size += 1
        return new_node

    def add_before(self, node, elem):
        return self.add_after(node.prev, elem)

    def delete(self, node):
        prev = node.prev
        succ = node.next
        prev.next = succ
        succ.prev = prev
        self.size -= 1
        data = node.data
        node.disconnect()
        return data

    def __iter__(self):
        if(self.is_empty()):
            return
        cursor = self.first_node()
        while(cursor is not self.trailer):
            yield cursor.data
            cursor = cursor.next

    def __str__(self):
        return '[' + '<-->'.join([str(elem) for elem in self]) + ']'

    def __repr__(self):
        return str(self)




def deepCopy(lnk_lst):
    currenthead = lnk_lst.first_node()
    temp = DoublyLinkedList()
    while currenthead is not lnk_lst.trailer:
        temp.add_last(currenthead.data)
        currenthead = currenthead.next
    return temp


lnk_lst1 = DoublyLinkedList()
elem1 = DoublyLinkedList()
elem1.add_last(1)
elem1.add_last(2)
lnk_lst1.add_last(elem1)
elem2 = 3
lnk_lst1.add_last(elem2)
lnk_lst2 = deepCopy(lnk_lst1)
e1 = lnk_lst1.first_node()
e1_1 = e1.data.first_node()
e1_1.data = 10
e2 = lnk_lst2.first_node()
e2_1 = e2.data.first_node()
print(e2_1.data) #should print 1

我的深拷贝方法似乎返回了浅拷贝。程序的输出应该是1(因为lnk_lst2不应该引用lnk_lst1中的任何元素)。

有人能解释一下我如何修改我的深拷贝方法以生成链表的深拷贝而不是浅拷贝吗?

我不能使用Python的内置深拷贝或浅拷贝。任何帮助将不胜感激。


你的例子有点令人困惑。为什么elem1是一个列表而不是一个节点? - RobertB
1
因为你只写了一个浅拷贝:temp.add_last(currenthead.data)将从你正在复制的列表中添加相同的对象到副本中。这一个浅拷贝。通常,deepcopy函数必须对对象进行递归操作,所以类似于temp.add_last(deepCopy(currenthead.data)),而你的deepCopy将必须知道如何处理你期望的对象。 - juanpa.arrivillaga
1
请注意,如果您的deepCopy函数将期望任意对象,那么这可能会变得非常复杂。 - juanpa.arrivillaga
顺便提一下,您可以自己阅读deepcopy的实现:https://github.com/python/cpython/blob/master/Lib/copy.py - juanpa.arrivillaga
2个回答

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要进行深度复制,您需要复制嵌入的链表:

def deepCopy(lnk_lst):
    currenthead = lnk_lst.first_node()
    temp = DoublyLinkedList()
    while currenthead is not lnk_lst.trailer:
        if isinstance(currenthead.data, DoublyLinkedList):
            temp.add_last(deepCopy(currenthead.data))
        else:
            temp.add_last(currenthead.data)
        currenthead = currenthead.next
    return temp

1
许多基本对象可以使用type(obj)(obj)进行复制。例如,dict(dct)list(lst)将创建一个副本。不可变类型将返回相同的对象,这是可以接受的。例如,int(42)是42,str("string")"string"等。
以下解决方案将仅限于此类类型。
因此,让我们利用这一点,并将DoublyLinkedList添加到创建副本的类型集合中(在我们的情况下是深度副本,但仅在第一层嵌套时)。修改后的__init__如下:
def __init__(self, iterable=()):
    self.header = DoublyLinkedList.Node()
    self.trailer = DoublyLinkedList.Node()
    self.header.next = self.trailer
    self.trailer.prev = self.header
    self.size = 0 
    for item in iterable:
        self.add_last(type(item)(item))

现在我们不再需要 deepCopy() 了。唯一剩下要做的改变是将以下内容替换为:
lnk_lst2 = deepCopy(lnk_lst1)

由:

lnk_lst2 = DoublyLinkedList(lnk_lst1)

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