LeetCode 707 - 设计链表

题目描述

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 。

解题思路

 1.定义了一个名为LinkedNode的结构体，用于表示链表节点，结构体包含节点的值val和指向下一个节点的指针next。

 2.MyLinkedList类中使用了一个名为_dummyHead的虚拟头节点，这样可以避免处理头节点的特殊情况，并将链表的初始大小_size初始化为0。

 3.实现了get方法用于获取指定位置节点的值，addAtHead方法用于在链表头部插入节点，addAtTail方法用于在链表尾部插入节点，addAtIndex方法用于在指定位置插入节点，deleteAtIndex方法用于删除指定位置的节点。 

 4. 需要注意的是，在addAtTail方法中，通过遍历寻找尾部节点之后再进行插入操作，而在deleteAtIndex方法中，首先遍历找到要删除节点的前一个节点，然后进行节点删除操作。 这样的设计和实现满足了题目的要求，能够有效地对链表进行操作，并且使用了一个虚拟头节点来简化边界情况的处理。

算法实现

C++实现

class MyLinkedList {
public:
    struct LinkedNode{
        int val;
        LinkedNode*next;
        LinkedNode(int val):val(val),next(nullptr){}
    };

    MyLinkedList() {
        _dummyHead=new LinkedNode(0); 
        _size=0;
    }
    
    int get(int index) {
        if(index<0||index>_size-1)
        {
            return -1;
        }
        LinkedNode*cur=_dummyHead->next;
        while(index--)
        {
            cur=cur->next;
        }
        return cur->val;
    }
    
    void addAtHead(int val) {
        LinkedNode*newNode=new LinkedNode(val);
        newNode->next=_dummyHead->next;
        _dummyHead->next=newNode;
        _size++;
    }
    
    void addAtTail(int val) {
        //int n=_size;
        LinkedNode*newNode=new LinkedNode(val);
        LinkedNode*cur=_dummyHead;
        while(cur->next!=NULL)
        {
            cur=cur->next;
        }
        newNode->next=cur->next;
        cur->next=newNode;
        _size++;
    }
    
    void addAtIndex(int index, int val) {
        if(index<0) index=0;
        if(index>_size) return;
        LinkedNode*newNode=new LinkedNode(val);
        LinkedNode*cur=_dummyHead;
        while(index--)
        {
            cur=cur->next;
        }
        newNode->next=cur->next;
        cur->next=newNode;
        _size++;
    }
    
    void deleteAtIndex(int index) {
        if(index<0||index>_size-1)
        {
            return;
        }
        LinkedNode*cur=_dummyHead;
        while(index--)
        {
            cur=cur->next;
        }
        LinkedNode*tmp=cur->next;
        cur->next=cur->next->next;
        delete tmp;
        tmp=nullptr;
        _size--;
    }
    private:
        int _size;
        LinkedNode*_dummyHead;
};

/**
 * 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);
 */

复杂度分析

• 时间复杂度：在get、addAtHead、addAtTail、addAtIndex和deleteAtIndex操作中，时间复杂度均为O(n)，其中n为链表的长度。
• 空间复杂度：空间复杂度也为O(n)，主要是链表节点的空间占用。

总结

通过以上实现，我们设计并实现了一个简单的单链表MyLinkedList类，实现了初始化链表、获取指定位置节点值、在头部、尾部和指定位置插入节点，以及删除指定位置的节点等功能。这个实现是基于C++的，可以满足LeetCode707题目的要求。

希望这篇博客能对你有所帮助，如果有任何问题，欢迎和我一起讨论。