707.设计链表

707.设计链表

题目链接：707. 设计链表(中等)

题目描述

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：

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。

题解

思路：这道题需要掌握链表的基本操作。添加”虚拟头节点“能让首元节点的操作同非首元节点的操作一致。

代码(C++版本)：

1、单链表

#include "iostream"
using namespace std;

//单链表
class MyLinkedList {
public:
    struct LinkedNode {
        int val;
        LinkedNode *next;
        LinkedNode(int val) : val(val), next(NULL) {}
    };

private:
    LinkedNode* headNode;
    int size;

public:
    //初始化链表
    //如果链表带有一个虚拟头节点，那么首元节点的操作也跟其他节点的操作一致，否则要单独考虑对首元节点的操作
    MyLinkedList() {
        headNode = new LinkedNode(0);//头节点为虚拟节点
        size = 0;
    }

    //获取链表中第 index 个节点的值。如果索引无效，则返回-1。
    //不包括头节点，首元节点的索引为0
    int get(int index) {
        if (index < 0 || index > size - 1) {
            return -1;
        }
        int i = 0;//用于计数
        LinkedNode* tp = headNode;
        while (tp->next != NULL) {
            if (i == index) {
                return tp->next->val;
            }
            else {
                i++;
                tp = tp->next;
            }
        }
        return -1;
    }

    //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。
    //头节点除外,第一个元素是首元节点
    void addAtHead(int val) {
        LinkedNode* node = new LinkedNode(val);
        node->next = headNode->next;
        headNode->next = node;
        size += 1;
    }

//    错误写法，这样会改变头指针所指的内容（在类中定义的函数，相对于对头节点加了&）
//    //将值为 val 的节点追加到链表的最后一个元素。
//    void addAtTail(int val) {
//        LinkedNode* node = new LinkedNode(val);
//        while (headNode->next != NULL) {
//            headNode = headNode->next;
//        }
//        headNode->next = node;
//        size += 1;
//    }

    //将值为 val 的节点追加到链表的最后一个元素。
    void addAtTail(int val) {
        LinkedNode* node = new LinkedNode(val);
        LinkedNode* tp = headNode;
        while (tp->next != NULL) {
            tp = tp->next;
        }
        tp->next = node;
        size += 1;
    }


    // 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。
    void addAtIndex(int index, int val) {
        if (index == size ) {
            addAtTail(val);
        }
        else if (index > size) {
            return;
        }
        else if (index < 0) {
            addAtHead(val);
        }
        else {
            LinkedNode* node = new LinkedNode(val);
            LinkedNode* tp = headNode;
            for (int i = 0; i < index; i++) {
                tp = tp->next;
            }
            node->next = tp->next;
            tp->next = node;
            size += 1;
        }
    }

    //deleteAtIndex(index)：如果索引 index 有效，则删除链表中的第 index 个节点。
    void deleteAtIndex(int index) {
        if (index >= 0 && index < size) {
            LinkedNode* tp = headNode;
            for (int i = 0; i < index; i++) {
                tp = tp->next;
            }
            LinkedNode* dp = tp->next;
            tp->next = tp->next->next;
            delete dp;
            size -= 1;
        }
    }

    //打印链表
    void printLinkedList() {
        LinkedNode* tp = headNode;
        while (tp->next != NULL) {
            cout << tp->next->val << " ";
            tp = tp->next;
        }
        cout << endl;
    }

};

int main() {
    MyLinkedList* linkedList = new MyLinkedList();
    linkedList->addAtHead(1);
    linkedList->printLinkedList();
    linkedList->addAtTail(3);
    linkedList->printLinkedList();
    linkedList->addAtIndex(1, 2);   //链表变为1-> 2-> 3
    linkedList->printLinkedList();
    int r1 = linkedList->get(1);            //返回2
    cout << r1 << endl;
    linkedList->deleteAtIndex(1);  //现在链表是1-> 3
    linkedList->printLinkedList();
    int r2 = linkedList->get(1);            //返回3
    cout << r2 << endl;

    return 0;
}

分析

• 时间复杂度： addAtHead： O(1) addAtInder，get，deleteAtIndex: O(k)，其中 k 指的是元素的索引。 addAtTail：O(N)，其中 N 指的是链表的元素个数。

• 空间复杂度：所有的操作都是 O(1)。