[leetcode707] 设计链表(medium)

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。

题解

使用单链表

class MyLinkedList {

    int size;
    ListNode head;
    /** Initialize your data structure here. */
    public MyLinkedList() {
        size = 0;
        head = new ListNode(0);
    }
    /** Get the value of the index-th node in the linked list. If the index is invalid, return -1. */
    public int get(int index) {
        if(index<0 || index>= size)
            return -1;
        ListNode curr = head;
        for(int i=0;isize) return;
        if(index<0) index=0;
        ++size;
        ListNode pred = head;
        for(int i=0;i= size) return;

        size--;
        ListNode pred = head;
        for(int i=0;i

复杂度分析

时间复杂度：

• addAtHead： \mathcal{O}(1)O(1)
• addAtInder，get，deleteAtIndex: \mathcal{O}(k)O(k)，其中 kk 指的是元素的索引。
• addAtTail：\mathcal{O}(N)O(N)，其中 NN 指的是链表的元素个数。

空间复杂度：所有的操作都是 O(1)O(1)。

使用双链表

public class ListNode {
  int val;
  ListNode next;
  ListNode prev;
  ListNode(int x) { val = x; }
}
class MyLinkedList {
  int size;
  // sentinel nodes as pseudo-head and pseudo-tail
  ListNode head, tail;
  public MyLinkedList() {
    size = 0;
    head = new ListNode(0);
    tail = new ListNode(0);
    head.next = tail;
    tail.prev = head;
  }
  /** Get the value of the index-th node in the linked list. If the index is invalid, return -1. */
  public int get(int index) {
    // if index is invalid
    if (index < 0 || index >= size) return -1;

    // choose the fastest way: to move from the head
    // or to move from the tail
    ListNode curr = head;
    if (index + 1 < size - index)
      for(int i = 0; i < index + 1; ++i) curr = curr.next;
    else {
      curr = tail;
      for(int i = 0; i < size - index; ++i) curr = curr.prev;
    }
    return curr.val;
  }
  /** Add a node of value val before the first element of the linked list. After the insertion, the new node will be the first node of the linked list. */
  public void addAtHead(int val) {
    ListNode pred = head, succ = head.next;
    ++size;
    ListNode toAdd = new ListNode(val);
    toAdd.prev = pred;
    toAdd.next = succ;
    pred.next = toAdd;
    succ.prev = toAdd;
  }
  /** Append a node of value val to the last element of the linked list. */
  public void addAtTail(int val) {
    ListNode succ = tail, pred = tail.prev;
    ++size;
    ListNode toAdd = new ListNode(val);
    toAdd.prev = pred;
    toAdd.next = succ;
    pred.next = toAdd;
    succ.prev = toAdd;
  }
  /** Add a node of value val before the index-th node in the linked list. If index equals to the length of linked list, the node will be appended to the end of linked list. If index is greater than the length, the node will not be inserted. */
  public void addAtIndex(int index, int val) {
    // If index is greater than the length, 
    // the node will not be inserted.
    if (index > size) return;
    // [so weird] If index is negative, 
    // the node will be inserted at the head of the list.
    if (index < 0) index = 0;

    // find predecessor and successor of the node to be added
    ListNode pred, succ;
    if (index < size - index) {
      pred = head;
      for(int i = 0; i < index; ++i) pred = pred.next;
      succ = pred.next;
    }
    else {
      succ = tail;
      for (int i = 0; i < size - index; ++i) succ = succ.prev;
      pred = succ.prev;
    }
    // insertion itself
    ++size;
    ListNode toAdd = new ListNode(val);
    toAdd.prev = pred;
    toAdd.next = succ;
    pred.next = toAdd;
    succ.prev = toAdd;
  }
  /** Delete the index-th node in the linked list, if the index is valid. */
  public void deleteAtIndex(int index) {
    // if the index is invalid, do nothing
    if (index < 0 || index >= size) return;

    // find predecessor and successor of the node to be deleted
    ListNode pred, succ;
    if (index < size - index) {
      pred = head;
      for(int i = 0; i < index; ++i) pred = pred.next;
      succ = pred.next.next;
    }
    else {
      succ = tail;
      for (int i = 0; i < size - index - 1; ++i) succ = succ.prev;
      pred = succ.prev.prev;
    }
    // delete pred.next 
    --size;
    pred.next = succ;
    succ.prev = pred;
  }
}

复杂度分析

时间复杂度：

• addAtHead，addAtTail： \mathcal{O}(1)O(1)
• get，addAtIndex，delete：\mathcal{O}(\min(k, N - k))O(min(k,N−k))，其中 kk 指的是元素的索引。

空间复杂度：所有的操作都是 \mathcal{O}(1)O(1)。