LeetCode：707 设计链表

20Hui
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题目

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。

解题

解题一：单链表

思路

  1. 首先确定一个 Node 节点，包含 val 和 next
  2. 确定使用带头节点还是不带头节点的链表，我这里使用的是不带头节点的链表
  3. 转换思想
    • addAtHead(val) 可以看作是 addAtIndex(0, val)
    • addAtTail(val) 可以看作是 addAtIndex(size, val)
  4. 边界值考虑
    • get 和 deleteAtIndex 边界值在 index < 0 || index >= size：小于 0 或者大于链表长度的下标都是无法获取或者删除值的
    • addAtIndex 边界值在 index > size
      1. 索引小于 0 时在头部插入节点
      2. 如果在最后一个节点插入时 index = size
  5. addAtIndex 和 deleteAtIndex 要对头节点进行特殊处理

代码

class Node {
    int val;
    Node next;

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

class MyLinkedList {

    int size;
    Node head;

    public MyLinkedList() {
        size = 0;
    }

    public int get(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            return -1;
        }
        Node result = head;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            result = result.next;
        }
        return result.val;
    }

    public void addAtHead(int val) {
        addAtIndex(0, val);
    }

    public void addAtTail(int val) {
        addAtIndex(size, val);
    }

    public void addAtIndex(int index, int val) {
        if (index > size) {
            // 如果 index 大于链表长度，则不会插入节点
            return;
        }
        // 如果index小于0，则在头部插入节点
        index = Math.max(index, 0);

        Node node = new Node(val);
        if (index == 0) {
            // 新增头节点
            node.next = head;
            head = node;
        } else {
            Node before = head;
            for (int i = 1; i < index; i++) {
                before = before.next;
            }
            node.next = before.next;
            before.next = node;
        }
        size++;
    }

    public void deleteAtIndex(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            return;
        }
        Node before = head;
        if (index == 0) {
            // 删除头节点
            head = before.next;
        } else {
            for (int i = 1; i < index; i++) {
                before = before.next;
            }
            before.next = before.next == null ? null : before.next.next;
        }
        size--;
    }
}

总结

性能分析

  • 执行耗时：9 ms，击败了 78.76% 的 Java 用户
  • 内存消耗：41.6 MB，击败了 68.13% 的 Java 用户

解题一：双链表

思路

  1. 首先确定一个 Node 节点，包含 val、next 和 prev
  2. 确定使用带头节点还是不带头节点的链表，我这里使用的是不带头节点的链表
  3. 转换思想
    • addAtHead(val) 可以看作是 addAtIndex(0, val)
    • addAtTail(val) 可以看作是 addAtIndex(size, val)
  4. 边界值考虑
    • get 和 deleteAtIndex 边界值在 index < 0 || index >= size：小于 0 或者大于链表长度的下标都是无法获取或者删除值的
    • addAtIndex 边界值在 index > size
      1. 索引小于 0 时在头部插入节点
      2. 如果在最后一个节点插入时 index = size
  5. addAtIndex 和 deleteAtIndex 要对头节点进行特殊处理
  6. 与单链表不同，双链表需要注意：设置 prev 的节点必须不为空，所以每个设置 prev 的步骤时，都要判定该节点是否为 null

代码

class Node {
    int val;
    Node next;
    Node prev;

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

class MyLinkedList {

    int size;
    Node head;

    public MyLinkedList() {
        size = 0;
        // head = new ListNode(0);
    }

    public int get(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            return -1;
        }
        Node result = head;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            // for (int i = 0; i < index + 1; i++) {
            result = result.next;
        }
        return result.val;
    }

    public void addAtHead(int val) {
        addAtIndex(0, val);
    }

    public void addAtTail(int val) {
        addAtIndex(size, val);
    }

    public void addAtIndex(int index, int val) {
        if (index > size) {
            // 如果 index 大于链表长度，则不会插入节点
            return;
        }
        // 如果index小于0，则在头部插入节点
        index = Math.max(index, 0);

        Node node = new Node(val);
        if (index == 0) {
            // 新增头节点
            node.next = head;
            if(head!=null){
                head.prev = node;
            }
            head = node;
        } else {
            Node before = head;
            for (int i = 1; i < index; i++) {
                before = before.next;
            }
            node.next = before.next;
            if (node.next != null) {
                node.next.prev = node;
            }
            before.next = node;
            node.prev = before;
        }
        size++;
    }

    public void deleteAtIndex(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            return;
        }
        Node before = head;
        if (index == 0) {
            // 删除头节点
            head = before.next;
            if(head!=null) {
                head.prev = null;
            }
        } else {
            for (int i = 1; i < index; i++) {
                before = before.next;
            }
            // 最后一个时 next 为 null，否则为后后的元素
            before.next = before.next == null ? null : before.next.next;
            if(before.next!=null){
                before.next.prev = before;
            }
        }
        size--;
    }
}

总结

性能分析

  • 执行耗时：9 ms，击败了 78.76% 的 Java 用户
  • 内存消耗：41.6 MB，击败了 68.13% 的 Java 用户
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