LeetCode707：设计链表 Design Linked List

爱写bug (ID:iCodeBugs)

设计链表的实现。您可以选择使用单链表或双链表。单链表中的节点应该具有两个属性：val 和 next。val 是当前节点的值，next 是指向下一个节点的指针/引用。如果要使用双向链表，则还需要一个属性 prev 以指示链表中的上一个节点。假设链表中的所有节点都是 0-index 的。

在链表类中实现这些功能：

• get(index)：获取链表中第 index 个节点的值。如果索引无效，则返回-1。
• addAtHead(val)：在链表的第一个元素之前添加一个值为 val 的节点。插入后，新节点将成为链表的第一个节点。
• addAtTail(val)：将值为 val 的节点追加到链表的最后一个元素。
• addAtIndex(index,val)：在链表中的第 index 个节点之前添加值为 val 的节点。如果 index 等于链表的长度，则该节点将附加到链表的末尾。如果 index 大于链表长度，则不会插入节点。
• deleteAtIndex(index)：如果索引 index 有效，则删除链表中的第 index 个节点。

Design your implementation of the linked list. You can choose to use the singly linked list or the doubly linked list. A node in a singly linked list should have two attributes: val and next. val is the value of the current node, and next is a pointer/reference to the next node. If you want to use the doubly linked list, you will need one more attribute prev to indicate the previous node in the linked list. Assume all nodes in the linked list are 0-indexed.

Implement these functions in your linked list class:

• get(index) : Get the value of the index-th node in the linked list. If the index is invalid, return -1.
• addAtHead(val) : Add a node of value val before the first element of the linked list. After the insertion, the new node will be the first node of the linked list.
• addAtTail(val) : Append a node of value val to the last element of the linked list.
• addAtIndex(index, val) : Add a node of value val before the index-th node in the linked list. If index equals to the length of linked list, the node will be appended to the end of linked list. If index is greater than the length, the node will not be inserted.
• deleteAtIndex(index) : Delete the index-th node in the linked list, if the index is valid.

示例：

MyLinkedList linkedList = new MyLinkedList();
linkedList.addAtHead(1);
linkedList.addAtTail(3);
linkedList.addAtIndex(1,2);   //链表变为1-> 2-> 3
linkedList.get(1);            //返回2
linkedList.deleteAtIndex(1);  //现在链表是1-> 3
linkedList.get(1);            //返回3

提示：

• 所有值都在 [1, 1000] 之内。
• 操作次数将在 [1, 1000] 之内。
• 请不要使用内置的 LinkedList 库。

解题思路：

先看图解：

• 单链表添加操作

---

如果我们想在给定的结点 prev 之后添加新值，我们应该：

1. 使用给定值初始化新结点 cur；
2. 将 cur 的“next”字段链接到 prev 的下一个结点 next；
3. 将 prev 中的“next”字段链接到 cur 。

• 删除第一个结点

---

如果我们想删除第一个结点，策略会有所不同。

正如之前所提到的，我们使用头结点 head 来表示链表。我们的头是下面示例中的黑色结点 23。

如果想要删除第一个结点，我们可以简单地将下一个结点分配给 head。也就是说，删除之后我们的头将会是结点 6。

链表从头结点开始，因此结点 23 不再在我们的链表中。

图片来源于LeetCode中国官网

高级程序设计语言中一般都有内置链表，这道题就是让复现链表，看到有很多是用ArrayList、List等数据结构解的，很搞笑，题目说不能使用 LinkedList 库，但 LinkedList 是继承的ArrayList、List，，直接用这两个库一点意义都没有。其实理解一下链表原理就好，高级语言都封装好了链表，如果项目真的到了需要改写链表底层结构来优化性能的那一步，那时候在实践中基本已经摸清了这些东西。

Java:

class Node {//定义Node
    int val;
    Node next;

    Node(int val) {
        this.val = val;
        this.next = null;
    }
}

class MyLinkedList {

    Node head;//头
    Node tail;//尾
    int size = 0;//链表长度

    public MyLinkedList() {//初始化数据
        head = new Node(0);//为了方便初始化一个本不存在的head，值为0
        tail = head;//初始下尾也指向和头同一个对象
        size = 0;
    }

    public int get(int index) {
        if (index >= size || index < 0) {//index不在查找区间返回-1
            return -1;
        }
        Node cur = head;
        for (int i = 0; i <= index; i++) {//从head一个一个向下遍历，到index
            cur = cur.next;
        }
        return cur.val;//返回值
    }

    public void addAtHead(int val) {
        Node temp = head.next;//temp对象是真实链表的第一个节点（因为head一直是初始化的 0 ）
        head.next = new Node(val);//构造的虚拟节点head的下一个节点指向新插入的节点
        head.next.next = temp;//新插入节点指向原本第一个真实节点
        size++;//计数
        if (size == 1) {
            tail = head.next;//如果只有一个节点此时尾节点也指向新加入的节点
        }
    }

    public void addAtTail(int val) {//添加尾节点
        tail.next = new Node(val);//把尾节点下一个对象指向新加入节点即可
        tail = tail.next;//刷新尾节点为新加入的节点
        size++;
    }

    public void addAtIndex(int index, int val) {
        if (index > size) {//插入值不在范围直接返回。
            return;
        }
        Node cur = head;//当前节点从头节点开始
        for (int i = 0; i < index; i++) {//遍历到 插入位置的前一个节点 因为要求是插入到index的前面
            cur = cur.next;
        }
        Node temp = cur.next;//暂存当前节点的下一个节点
        cur.next = new Node(val);//把当前节点下一个对象指向新节点
        if (index == size) {
            tail = cur.next;//如果插入位置刚好是最后一个则把尾节点指向新加入节点
        }
        cur.next.next = temp;//新节点的下一个节点指向暂存节点位置
        size++;
    }

    public void deleteAtIndex(int index) {
        if (index >= size || index < 0) {
            return;
        }
        Node cur = head;//从头节点遍历到index目标节点的前一个节点 因为要删除目标节点
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            cur = cur.next;
        }

        cur.next = cur.next.next;//目标节点前一个节点的下一个节点指向目标节点的下一个节点
        size--;//刷新节点数量
        if (cur.next == null) {
            tail = cur;
        }
    }
}

Python3:

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

class MyLinkedList:
    def __init__(self):
        self.head = None
        self.tail = None
        self.size = 0

    def get(self, index: int) -> int:
        if index > self.size - 1 or index < 0:
            return -1
        node = self.head
        for i in range(index):
            node = node.next
        return node.val

    def addAtHead(self, val: int) -> None:
        node = Node(val, self.head)
        self.head = node
        if self.size == 0:
            self.tail = node
        self.size = self.size + 1

    def addAtTail(self, val: int) -> None:
        node = Node(val)
        if self.size == 0:
            self.head = self.tail = node  # 原链表为空时，添加新节点后，更新链表的头指针和尾指针为新增节点。
        else:
            self.tail.next = node  # 原链表不为空时，使原尾指针指向新节点，即可将新节点添加至原链表尾部
            self.tail = node  # 更新尾指针
        self.size = self.size + 1  # 更新此时链表的长度

    def addAtIndex(self, index: int, val: int) -> None:
        node = Node(val)
        if index > self.size:
            return
        if index <= 0:
            return self.addAtHead(val)  # index 小于等于0都默认为头指针后添加节点

        if index == self.size:  # 如果index等于链表的长度添加尾指针后添加节点
            return self.addAtTail(val)
        prev = self.head  # 第一个节点对象开始遍历
        for i in range(index - 1):
            prev = prev.next
        temp = prev.next
        prev.next = node
        node.next = temp
        self.size = self.size + 1

    def deleteAtIndex(self, index: int) -> None:
        if index < 0 or index >= self.size:
            return
        prev = self.head
        if index == 0:
            self.head = self.head.next
            self.size = self.size - 1
            return
        for i in range(index - 1):
            prev = prev.next
        if index == self.size - 1:
            self.tail = prev
        prev.next = prev.next.next
        self.size = self.size - 1

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