LC 707. 设计链表

题目描述

这是 LeetCode 上的 707. 设计链表 ，难度为 中等。

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。如果 index 小于 0，则在头部插入节点。
  • deleteAtIndex(index)：如果索引 index 有效，则删除链表中的第 index 个节点。

示例：

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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 val 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。

双向链表

一道手写链表裸题（啊嘿，$9$ 月活动的同学表示很棒 🤣

由于需要涉及部分 index 相关操作，因此我们可以实现一个「双向链表」，同时使用变量 sz 记录下当前链表的总长度，这样在涉及 index 操作时，可从较近的一边出发遍历，剩下的则是常规的链表节点操作。

一些细节：所有的链表题目我们都可以引入前后哨兵来简化边界处理；同时能写双链表自然能写单链表，因此如果你没有顺利写出双链表的话，在看了题解写完双链表后，再手写一遍单链表作为练习。

Java 代码：

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class MyLinkedList {
    class Node {
        Node prev, next;
        int val;
        Node (int _val) {
            val = _val;
        }
    }
    Node he = new Node(-1), ta = new Node(-1);
    int sz = 0;
    public MyLinkedList() {
        he.next = ta; ta.prev = he;
    }
    public int get(int index) {
        Node node = getNode(index);
        return node == null ? -1 : node.val;
    }
    public void addAtHead(int val) {
        Node node = new Node(val);        
        node.next = he.next; node.prev = he;
        he.next.prev = node; he.next = node;
        sz++;
    }
    public void addAtTail(int val) {
        Node node = new Node(val);
        node.prev = ta.prev; node.next = ta;
        ta.prev.next = node; ta.prev = node;
        sz++;
    }
    public void addAtIndex(int index, int val) {
        if (index > sz) return ;
        if (index <= 0) {
            addAtHead(val); 
        } else if (index == sz) {
            addAtTail(val);
        } else {
            Node node = new Node(val), cur = getNode(index);
            node.next = cur; node.prev = cur.prev;
            cur.prev.next = node; cur.prev = node;
            sz++;
        }
    }
    public void deleteAtIndex(int index) {
        Node cur = getNode(index);
        if (cur == null) return ;
        cur.next.prev = cur.prev;
        cur.prev.next = cur.next;
        sz--;
    }
    Node getNode(int index) {
        boolean isLeft = index < sz / 2;
        if (!isLeft) index = sz - index - 1;
        for (Node cur = isLeft ? he.next : ta.prev; cur != ta && cur != he; cur = isLeft ? cur.next : cur.prev) {
            if (index-- == 0) return cur;
        }
        return null;
    }
}

TypeScript 代码：
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class TNode {
    prev: TNode
    next: TNode
    val: number
    constructor(_val: number) {
        this.val = _val
    }
}
class MyLinkedList {
    he = new TNode(-1)
    ta = new TNode(-1)
    sz = 0
    constructor() {
        this.he.next = this.ta; this.ta.prev = this.he    
    }
    get(index: number): number {
        const node = this.getNode(index)
        return node == null ? -1 : node.val
    }
    addAtHead(val: number): void {
        const node = new TNode(val)
        node.next = this.he.next; node.prev = this.he
        this.he.next.prev = node; this.he.next = node
        this.sz++
    }
    addAtTail(val: number): void {
        const node = new TNode(val)
        node.prev = this.ta.prev; node.next = this.ta
        this.ta.prev.next = node; this.ta.prev = node
        this.sz++
    }
    addAtIndex(index: number, val: number): void {
        if (index > this.sz) return 
        if (index <= 0) {
            this.addAtHead(val)
        } else if (index == this.sz) {
            this.addAtTail(val)
        } else {
            const node = new TNode(val), cur = this.getNode(index)
            node.next = cur; node.prev = cur.prev
            cur.prev.next = node; cur.prev = node
            this.sz++
        }
    }
    deleteAtIndex(index: number): void {
        const cur = this.getNode(index)
        if (cur == null) return 
        cur.prev.next = cur.next
        cur.next.prev = cur.prev
        this.sz--
    }
    getNode(index: number): TNode | null {
        const isLeft = index < this.sz / 2
        if (!isLeft) index = this.sz - index - 1
        for (let cur = isLeft ? this.he.next : this.ta.prev; cur != this.ta && cur != this.he; cur = isLeft ? cur.next : cur.prev) {
            if (index-- == 0) return cur
        }
        return null
    }
}

Python 代码：
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class Node:
    def __init__(self, _val):
        self.val = _val
        self.prev = None
        self.next = None

class MyLinkedList:
    def __init__(self):
        self.he = Node(-1)
        self.ta = Node(-1)
        self.he.next = self.ta
        self.ta.prev = self.he
        self.sz = 0

    def get(self, index: int) -> int:
        node = self.getNode(index)
        return node.val if node else -1

    def addAtHead(self, val: int) -> None:
        node = Node(val)
        node.next = self.he.next
        node.prev = self.he
        self.he.next.prev = node
        self.he.next = node
        self.sz += 1

    def addAtTail(self, val: int) -> None:
        node = Node(val)
        node.prev = self.ta.prev
        node.next = self.ta
        self.ta.prev.next = node
        self.ta.prev = node
        self.sz += 1

    def addAtIndex(self, index: int, val: int) -> None:
        if index > self.sz:
            return 
        if index <= 0:
            self.addAtHead(val)
        elif index == self.sz:
            self.addAtTail(val)
        else:
            node, cur = Node(val), self.getNode(index)
            node.next = cur
            node.prev = cur.prev
            cur.prev.next = node
            cur.prev = node
            self.sz += 1

    def deleteAtIndex(self, index: int) -> None:
        node = self.getNode(index)
        if node:
            node.prev.next = node.next
            node.next.prev = node.prev
            self.sz -= 1

    def getNode(self, index: int) -> Node | None:
        isLeft = index < self.sz / 2
        if not isLeft:
            index = self.sz - index - 1
        cur = self.he.next if isLeft else self.ta.prev
        while cur != self.he and cur != self.ta:
            if index == 0:
                return cur
            index -= 1
            cur = cur.next if isLeft else cur.prev
        return None

  • 时间复杂度：涉及 index 的相关操作复杂度为 $O(index)$；其余操作均为 $O(1)$
  • 空间复杂度：$O(n)$

最后

这是我们「刷穿 LeetCode」系列文章的第 No.707 篇，系列开始于 2021/01/01，截止于起始日 LeetCode 上共有 1916 道题目，部分是有锁题，我们将先把所有不带锁的题目刷完。

在这个系列文章里面，除了讲解解题思路以外，还会尽可能给出最为简洁的代码。如果涉及通解还会相应的代码模板。

为了方便各位同学能够电脑上进行调试和提交代码，我建立了相关的仓库：https://github.com/SharingSource/LogicStack-LeetCode 。

在仓库地址里，你可以看到系列文章的题解链接、系列文章的相应代码、LeetCode 原题链接和其他优选题解。

链表

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