每日一题：设计链表

巡凉
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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。

解题思路

这道题目要我们设计链表的五个接口：

  • 获取链表第index个节点的数值
  • 在链表的最前面插入一个节点
  • 在链表的最后面插入一个节点
  • 在链表第index个节点前面插入一个节点
  • 删除链表的第index个节点

注意：

  • 这里容易错的就在index的处理上,我们在实现的时候需注意index的位置
  • 比如index是否小于0 或者大于等于链表长度,还应该注意index出现在循环中时如何确认循环的边界
  • 难点在对头结点的处理上,因为对头结点进行的操作步骤与普通节点不同,头结点没有指向他的指针,所以在插入跟删除时需要对头结点与普通节点分开操作,但这样就增加了操作的复杂性,我们应该找到一个普遍的方法可以同时处理头结点与普通节点就可以了
  • 就是创建一个虚拟节点,当做头结点来使用,实际的头结点就成了第二的节点,这样我们在操作时就可以一起操作了
  • 在链表初始化的时候,初始化一个虚拟节点,但是注意因为节点是虚拟的所以链表长度初始化时要为0
  • 其中第一个方法实现起来很简单,判断完index合法性后,只需要创建一个临时节点,并把头节点赋值给他,然后向后遍历找到目标节点就可以了

代码: (java实现)

class MyLinkedList {
    // 结点类
    class Node {
        // 结点的值
        int val;
        // 指向下一个结点的指针(java中表现为下一个结点的引用)
        Node next;
        // 初始化 数据域val
        Node(int val) {
            this.val = val;
        }
    }

    // 记录头结点/指针
    Node head;
    // 记录链表的长度(元素的个数) 因为下面要用到,用于判断index的合法性
    int N;

    // 初始化  构造方法
    public MyLinkedList() {
        // 初始化长度
        N = 0;
        // 初始化头结点 这里建立了一个虚拟头结点,这个节点指向头结点,
        // 现在因为没有头结点,所以指向null
        head = new Node(0);
    }

    // 获取指定 索引index 的结点
    public int get(int index) {
        //判断index的合法新
        if (index < 0 || index >= N) {
            return -1;
        }
        //建立一个临时节点来遍历链表找到目标位置的节点
        Node temp = this.head;
        for (int i = 0;i<=index;i++) {
            //不到目标位置,则临时节点向后移动,知道移动到指定位置
            temp = temp.next;
        }
        return temp.val;
    }

    // 头部插入
    public void addAtHead(int val) {
        this.addAtIndex(0,val);
    }

    // 尾部插入
    public void addAtTail(int val) {
        this.addAtIndex(N,val);
    }

    // 任意插入
    public void addAtIndex(int index, int val) {
        //判断index合法性 大于链表长度则直接返回
        if (index > N) {
            return;
        }
        //小于0代表插入到头结点,index改为0
        if (index < 0) {
            index = 0;
        }
        N++;
        Node temp = head;
        //查找要插入节点的前驱
        //注意插入头结点的插入方法与普通节点不同,因为头结点没有前驱,
        //但是虚拟节点指向头结点,也就是说头结点的前驱是虚拟节点
        //所以头结点的插入也可以按照铺头节点的插入方法进行插入,
        //只要找到前驱即可
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            temp = temp.next;
        }
        //找到后进行插入操作
        Node node = new Node(val);
        node.next = temp.next;
        temp.next = node;
    }

    // 删除
    public void deleteAtIndex(int index) {
        //判断index合法性 大于链表长度或者小于0则直接返回
        if (index >= N || index < 0) {
            return;
        }
        N--;
        Node temp = head;
        //这里跟上面一样,只要找到要删除位置的前驱指针,
        //因为有虚拟头指针的存在所以实际头指针也有前驱
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            temp = temp.next;
        }
        //找到后进行插入操作
        temp.next = temp.next.next;
    }
}

/**
 * Your MyLinkedList object will be instantiated and called as such:
 * MyLinkedList obj = new MyLinkedList();
 * int param_1 = obj.get(index);
 * obj.addAtHead(val);
 * obj.addAtTail(val);
 * obj.addAtIndex(index,val);
 * obj.deleteAtIndex(index);
 */
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