파이썬을 사용한 링크드 리스트 이해하기

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파이썬을 이용한 연결 리스트 (Linked List) 개요

Linked List는 일반적인 리스트와는 다른 방식으로 데이터를 저장하는 데이터 구조입니다. 이 자습서에서는 Linked List가 무엇인지, 언제 사용해야 하는지, collections.deque를 사용하는 방법부터 직접 연결 리스트를 구현하는 방법까지 자세히 다루겠습니다. 또한, 고급 Linked List 유형에 대해서도 알아보겠습니다.

연결 리스트 이해하기

연결 리스트는 순서가 있는 객체의 모음입니다. 이것이 일반적인 리스트와 다른 점은 연결 리스트가 메모리에 요소를 저장하는 방식입니다. 리스트는 데이터에 대한 참조를 연속된 메모리 블록에 저장하지만, 연결 리스트는 참조를 자체 요소의 일부로 저장합니다.

연결 리스트는 노드라고 불리는 요소들의 모음입니다. 각 노드는 두 개의 다른 필드를 가지고 있습니다:

Data: 노드에 저장될 값입니다.
Next: 리스트 상에서 다음 노드를 참조하는 역할을 합니다.

노드의 구조는 아래와 같습니다:

연결 리스트의 구조를 이해했으니, 이제 실제 적용 사례를 알아보겠습니다.

실제 응용 분야

연결 리스트는 실제 세계에서 다양한 용도로 사용될 수 있습니다. 예를 들어, 연결 리스트는 다음과 같은 것들을 구현하는 데 사용될 수 있습니다:

스택 (Stack)
큐 (Queue)
그래프 (Graph)
문자열 조작에 사용되는 버퍼 (Buffer)
메모리 관리

이러한 실제 응용 프로그램 외에도, 연결 리스트는 알고리즘 및 데이터 구조에 대한 깊은 이해를 위해 학습하는 데에도 좋은 예제입니다. 이제 collections.deque를 사용하는 방법부터 직접 연결 리스트를 구현하는 방법까지 살펴보겠습니다.

collections.deque 소개

Python은 이미 연결 리스트를 구현하는 기본 모듈인 collections.deque를 제공합니다. 이 모듈을 사용하여 연결 리스트를 쉽게 구현할 수 있습니다. collections.deque는 양방향 연결 리스트이며, 큐와 스택을 구현하는 데에 사용할 수 있습니다.

collections.deque 사용 방법

collections.deque를 사용하려면 먼저 모듈을 import해야 합니다:

from collections import deque

빈 연결 리스트를 만들려면 deque() 함수를 사용합니다:

linked_list = deque()

레퍼런스에 새로운 값을 추가하기 위해서는 append() 메서드를 사용합니다:

linked_list.append('A')
linked_list.append('B')
linked_list.append('C')

레퍼런스에 있는 첫 번째 값을 제거하기 위해서는 popleft() 메서드를 사용합니다:

linked_list.popleft()

collections.deque를 사용하면 연결 리스트를 사용하기 위한 모든 기능을 손쉽게 사용할 수 있습니다. 이제 자체적으로 연결 리스트를 구현하는 방법을 알아보겠습니다.

직접 연결 리스트 구현

Python에서는 collections.deque를 사용할 수 있지만, 직접 연결 리스트를 구현하는 방법을 학습하는 것도 중요합니다. 직접 구현하는 것은 연결 리스트에 대한 심도 있는 이해를 도울 수 있기 때문입니다. 연결 리스트를 직접 구현하기 위해서는 Node라는 클래스를 생성해야 합니다. 노드 클래스는 데이터와 다음 노드에 대한 참조를 가지고 있습니다.

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

연결 리스트는 노드의 시작을 나타내는 head를 가지고 있어야 합니다. 연결 리스트 클래스를 정의하고 head 변수를 초기화할 수 있습니다.

class LinkedList:
    def __init__(self):
        self.head = None

이제 연결 리스트에 값을 추가하는 방법과 리스트를 순회하는 방법, 새로운 노드를 삽입하는 방법, 노드를 삭제하는 방법 등을 알아보겠습니다.

추가적인 Linked List 사용 방법

위에서 다룬 기본적인 연결 리스트 뿐만 아니라, 더 고급적인 연결 리스트 유형도 사용할 수 있습니다. 이러한 고급 연결 리스트 유형에는 더블 링크드 리스트와 원형 링크드 리스트가 있습니다.

더블 링크드 리스트 사용 방법

더블 링크드 리스트(Doubly Linked List)는 각 노드가 이전 노드와 다음 노드를 모두 참조하는 연결 리스트입니다. 이전 노드에 대한 참조를 저장하기 위해 prev 필드가 추가되는 것이 가장 큰 차이점입니다.

이전 노드에 대한 참조를 저장하기 위해 Node 클래스를 다음과 같이 수정할 수 있습니다:

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

더블 링크드 리스트를 사용하는 방법은 기본적인 연결 리스트와 매우 유사합니다. 다만, 기존의 next 참조 외에도 prev 참조를 사용하는 것만 다릅니다.

원형 링크드 리스트 사용 방법

원형 링크드 리스트(Circular Linked List)는 마지막 노드가 첫 번째 노드를 참조하는 연결 리스트입니다. 이렇게 하면 마지막 노드의 next 참조가 첫 번째 노드를 가리키게 됩니다.

원형 링크드 리스트를 사용함으로써 모든 노드를 순회할 때 더욱 효율적인 방법을 사용할 수 있습니다. 마지막 노드에 대한 참조가 필요하다는 점만 기억하면 원형 링크드 리스트를 사용하는 방법은 이전의 예제들과 매우 유사합니다.

결론

이 자습서에서는 파이썬을 사용하여 Linked List를 구현하는 방법과 관련된 주제들을 다뤘습니다. Linked List의 사용 방법, 연결 리스트를 직접 구현하는 방법, 그리고 고급 Linked List 유형에 대해 알아보았습니다. Linked List는 실제 응용 프로그램에서 유용하게 사용될 수 있으며, 알고리즘 및 데이터 구조에 대한 심도 있는 이해를 돕기 위한 좋은 예제입니다.