707. 设计链表

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

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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

思路

方法一 单向链表

单向链表的节点

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class Node:
    def __init__(self,val):
        self.val = val
        self.next = None

单向链表节点的增加

  • 找到插入位置的前一个节点cur
  • 将插入节点的next指向cur节点的下一个节点
  • 将cur节点的下一个节点指向插入节点
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newNode = Node(val)
newNode.next = cur.next
cur.next = newNode

链表-添加节点

单向链表节点的删除

  • 找到删除节点的前一个节点cur
  • 将cur节点指向待删除节点的下一个节点
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cur.next = cur.next.next

完整代码

  • 插入和删除的方法直接按照上述逻辑来就行，容易出错的是cur指针是否指向正确的节点
  • 先定义一个虚拟头节点(哑节点)会更容易处理问题，可以简化对头节点的操作
  • 增加头节点和尾节点的方法不必要直接写，可以通过插入函数addAtIndex(0,val)，*addAtIndex(self.count,val)*来间接实现，count是节点数量(不包括哑节点)
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class Node:
    def __init__(self,val):
        self.next = None
        self.val = val
class MyLinkedList(object):

    def __init__(self):
        """
        Initialize your data structure here.
        """
        self.head = Node(-1)
        self.count = 0
        
    def get(self, index):
        """
        Get the value of the index-th node in the linked list. If the index is invalid, return -1.
        :type index: int
        :rtype: int
        """
        if index>=0 and index<self.count:
            cur = self.head.next
            for i in range(index):
                cur = cur.next
            return cur.val
        else:
            return -1
        
    def addAtHead(self, 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.
        :type val: int
        :rtype: None
        """
        self.addAtIndex(0,val)
        
    def addAtTail(self, val):
        """
        Append a node of value val to the last element of the linked list.
        :type val: int
        :rtype: None
        """
        self.addAtIndex(self.count,val)

    def addAtIndex(self, index, val):
        """
        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.
        :type index: int
        :type val: int
        :rtype: None
        """
        if index >= 0 and index <= self.count:
            cur = self.head
            newNode = Node(val)
            for i in range(index):
                cur = cur.next
            if cur.next == None:
                cur.next = newNode
            else:
                newNode.next = cur.next
                cur.next = newNode
        self.count += 1
        return None

    def deleteAtIndex(self, index):
        """
        Delete the index-th node in the linked list, if the index is valid.
        :type index: int
        :rtype: None
        """
        if index>=0 and index<self.count:
            cur = self.head
            for i in range(index):
                cur = cur.next
            cur.next = cur.next.next
            self.count -= 1

方法二 双向链表

双向链表要比单向链表快的多，因为可以通过判断索引index的位置靠近头部还是尾部来决定是从头节点还是尾节点来搜索待查找的节点。

双向链表的节点

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class Node:
    def __init__(self,val):
        self.val = val
        self.next = None
        self.prev = None

双向链表节点的增加

  • 找到插入位置的前一个节点cur
  • 将新节点的next指向cur节点的next
  • 将cur节点的下一个节点的prev指向新节点
  • 将cur节点的next指向新节点
  • 将新节点的prev指向cur节点
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newNode = Node(val)

newNode.next = cur.next
cur.next.prev = newNode
cur.next = newNode
newNode.prev = cur

在这里插入图片描述

双向链表节点的删除

  • 找到待删除节点的前一个节点cur
  • 将节点cur的next指向待删除节点的next
  • 将待删除节点的下一个节点（由于上一步，此时也是cur的下一个节点）的prev指向cur
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cur.next = cur.next.next
cur.next.prve = cur

在这里插入图片描述

完整代码

  • 双向链表明显比单向链表更快
  • 双向链表可以设置虚拟的头节点和尾节点来简化代码
  • 关键步骤依旧是找到待增加/删除位置的前一个节点，然后进行对应得增加、删除或取值操作
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class Node:
    def __init__(self,val):
        self.next = None
        self.pre = None
        self.val = val
class MyLinkedList(object):

    def __init__(self):
        """
        Initialize your data structure here.
        """
        self.head = Node(-1)
        self.tail = Node(-1)
        self.head.next = self.tail
        self.tail.pre = self.head
        self.count = 0

    def get(self, index):
        """
        Get the value of the index-th node in the linked list. If the index is invalid, return -1.
        :type index: int
        :rtype: int
        """
        if index<0 or index>=self.count:
            return -1
        if index<self.count/2:
            cur = self.head
            for _ in range(index+1):
                cur = cur.next
        else:
            cur = self.tail
            for _ in range(self.count-index):
                cur = cur.pre
        return cur.val

    def addAtHead(self, 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.
        :type val: int
        :rtype: None
        """
        self.addAtIndex(0,val)
        
    def addAtTail(self, val):
        """
        Append a node of value val to the last element of the linked list.
        :type val: int
        :rtype: None
        """
        self.addAtIndex(self.count,val)

    def addAtIndex(self, index, val):
        """
        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.
        :type index: int
        :type val: int
        :rtype: None
        """
        if index>self.count:
            return None
        if index<0:
            index = 0
        if index<self.count/2:
            cur=self.head
            for _ in range(index):
                cur = cur.next
        else:
            cur = self.tail
            for _ in range(self.count-index+1):
                cur = cur.pre
        
        newNode = Node(val)
        newNode.next = cur.next
        cur.next.pre = newNode
        cur.next = newNode
        newNode.pre = cur
        
        self.count += 1

    def deleteAtIndex(self, index):
        """
        Delete the index-th node in the linked list, if the index is valid.
        :type index: int
        :rtype: None
        """
        if index>=self.count or index<0:
            return None
        
        if index<self.count/2:
            cur=self.head
            for _ in range(index):
                cur = cur.next
        else:
            cur = self.tail
            for _ in range(self.count-index+1):
                cur = cur.pre
                
        cur.next = cur.next.next
        cur.next.pre = cur
        self.count -= 1

Reference

设计链表 - 设计链表 - 力扣（LeetCode） (leetcode-cn.com)

leetcode-master/0707.设计链表.md at master · youngyangyang04/leetcode-master (github.com)

Postscript

Sentinel：本意是哨兵，在这是哨兵节点

Sentinel head：也就是虚拟头节点

Sentinel tail：虚拟尾节点

prev：previous的缩写，指向前一个节点

next：指向后一个节点

pred：predecessor前一个节点

succ：successor后一个节点