10链表-单链表构造LinkedList

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LeetCode之路——707. 设计链表

分析：

Code：

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LeetCode之路——707. 设计链表

你可以选择使用单链表或者双链表，设计并实现自己的链表。

单链表中的节点应该具备两个属性：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。

如果是双向链表，则还需要属性 prev 以指示链表中的上一个节点。假设链表中的所有节点下标从 0 开始。

实现 MyLinkedList 类：

• MyLinkedList() 初始化 MyLinkedList 对象。

• int get(int index) 获取链表中下标为 index 的节点的值。如果下标无效，则返回 -1 。

• void addAtHead(int val) 将一个值为 val 的节点插入到链表中第一个元素之前。在插入完成后，新节点会成为链表的第一个节点。

• void addAtTail(int val) 将一个值为 val 的节点追加到链表中作为链表的最后一个元素。

• void addAtIndex(int index, int val) 将一个值为 val 的节点插入到链表中下标为 index 的节点之前。如果 index 等于链表的长度，那么该节点会被追加到链表的末尾。如果 index 比长度更大，该节点将 不会插入 到链表中。

• void deleteAtIndex(int index) 如果下标有效，则删除链表中下标为 index 的节点。

示例：

输入
["MyLinkedList", "addAtHead", "addAtTail", "addAtIndex", "get", "deleteAtIndex", "get"]
[[], [1], [3], [1, 2], [1], [1], [1]]
输出
[null, null, null, null, 2, null, 3]
​
解释
MyLinkedList myLinkedList = new MyLinkedList();
myLinkedList.addAtHead(1);
myLinkedList.addAtTail(3);
myLinkedList.addAtIndex(1, 2);    // 链表变为 1->2->3
myLinkedList.get(1);              // 返回 2
myLinkedList.deleteAtIndex(1);    // 现在，链表变为 1->3
myLinkedList.get(1);              // 返回 3

提示：

• 0 <= index, val <= 1000

• 请不要使用内置的 LinkedList 库。

• 调用 get、addAtHead、addAtTail、addAtIndex 和 deleteAtIndex 的次数不超过 2000 。

分析：

1.实现单向链表，每个节点保存本身的值和后继节点。除此之外，我们还需要一个哨兵（sentinel）节点作为头节点，和一个size参数保存有效节点数。初始化时，只需创建头节点head和size即可。

2.实现addAtIndex(index, val)时，先判断index是有效值，找到原来下标为 index的节点的前驱节点pred，并创建新节点 toAdd，将toAdd的后继节点设为pred 的后继节点，将pred的后继节点更新为toAdd，这样就将 toAdd插入到了链表中。最后需要更新size。哨兵节点的好处就在于这样的操作对于index=0也成立。

需要注意链表的插入操作，下面两行交换顺序会发生指针丢失和内存泄漏。

toAdd.next = pred.next; // toAdd节点值为25，pred节点值为0
pred.next = toAdd;

3.实现deleteAtIndex(index)，先判断index是否有效。然后找到下标为index的节点的前驱节点pred，通过将 pred的后继节点更新为pred的后继节点的后继节点，来达到删除节点的效果。同时也要更新size。

4.至于addAtHead(int val)和addAtTail(int val)其实就是addAtIndex(int index, int val)中index分别是0和size时候的情况。

Code：

    class MyLinkedList {
        int size = 0;
        ListNode head;
​
        public MyLinkedList() {
            // 链表节点数目
            size = 0;
            // 哨兵节点，方便判断头节点为空的情况
            head = new ListNode(0);
        }
​
        public int get(int index) {
            // 判断index无效，直接返回
            if (index >= size || index < 0) {
                return -1;
            }
            // 找到index的前置节点
            ListNode pred = head;
            for (int i = 0; i <= index; i++) {
                pred = pred.next;
            }
            return pred.val;
        }
​
        public void addAtHead(int val) {
            addAtIndex(0, val);
        }
​
        public void addAtTail(int val) {
            addAtIndex(size,val);
        }
​
        public void addAtIndex(int index, int val) {
            // 判断index无效，直接返回
            if (index > size || index < 0) {
                return;
            }
            ListNode pred = head;
            // 找到index前置节点
            for (int i = 0; i < index; i++) {
                pred = pred.next;
            }
            ListNode toAdd = new ListNode(val);
            toAdd.next = pred.next;
            pred.next = toAdd;
            size++;
        }
​
        public void deleteAtIndex(int index) {
            // 判断index无效，直接返回
            if (index >= size || index < 0) {
                return;
            }
            ListNode pred = head;
            // 找到index前置节点
            for (int i = 0; i < index; i++) {
                pred = pred.next;
            }
            pred.next = pred.next.next;
            size--;
        }
    }

• 时间复杂度：初始化O(1)，get为O(index)，addAtHead为O(1)，addAtTail为O(n)，n为链表长度，addAtIndex为O(index)。根据获取节点时循环次数可以知道时间复杂度的情况。

• 空间复杂度：单次调用空间复杂度O(1)，链表结构总体空间复杂度O(n)。