707. 设计链表

1. 题目简介

难度：中等，原题链接：707. 设计链表。

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。

2. 问题分析

链表可以说是最常用的数据结构之一。

我们以 Java 为例。Java 中存在两种经典的链表实现，分别是 LinkedList 和 ArrayList。本文将分别给出两种 List 的实现。

当然对于 Javaer 来说，实际使用链表时，近乎全部的情况，用到的都是 ArrayList。

3. 代码实现

3.1. LinkedList 方式实现

class MyLinkedList {

    private class ListNode {
        int val;
        ListNode next;

        public ListNode(int val, ListNode next) {
            this.val = val;
            this.next = next;
        }
    }

    private ListNode root;
    private int size;

    public MyLinkedList() {
        root = new ListNode(-1, null);

    }

    public int get(int index) {
        ListNode node = getAtIndex(index);
        return node == null ? -1 : node.val;
    }

    public void addAtHead(int val) {
        addAtIndex(0, val);
    }

    public void addAtTail(int val) {
        addAtIndex(size, val);
    }

    public void addAtIndex(int index, int val) {
        ListNode prev = getAtIndex(index - 1);
        if (prev == null) {
            return;
        }
        ListNode add = new ListNode(val, prev.next);
        prev.next = add;
        size++;
    }

    private ListNode getAtIndex(int index) {
        if (index > size) {
            return null;
        }
        if (index == -1) {
            return root;
        }
        ListNode walk = root;
        for (int i = 0; i <= index; i++) {
            walk = walk.next;
        }
        return walk;
    }

    public void deleteAtIndex(int index) {
        if (index >= size) {
            return;
        }
        ListNode prev = getAtIndex(index - 1);
        if (prev == null) {
            return;
        }
        prev.next = prev.next.next;
        size--;
    }
}

3.2. ArrayList 方式实现

class MyLinkedList {
    
    private int[] category;

    private int len;

    private int size;


    public MyLinkedList() {
        size = 8;
        len = 0;
        category = new int[size];
    }
    
    public int get(int index) {
        return index < len ? category[index] : -1;
    }
    
    public void addAtHead(int val) {
        addAtIndex(0, val);
    }
    
    public void addAtTail(int val) {
        addAtIndex(len, val);
    }
    
    public void addAtIndex(int index, int val) {
        if (index < 0 || index > len) {
            return;
        }
        if (len == size) {
            size *= 2;
            int[] newCategory = new int[size];
            for (int i = 0; i < len; i++) {
                newCategory[i] = category[i];
            }
            category = newCategory;
        }
        for (int i = len; i > index; i--) {
            category[i] = category[i - 1];
        }
        category[index] = val;
        len++;
    }
    
    public void deleteAtIndex(int index) {
        if (index < 0 || index >= len) {
            return;
        }
        for (int i = index; i < len - 1; i++) {
            category[i] = category[i + 1];
        }
        len--;
    }
}

4. 复杂度分析

这里不再分析两种实现的复杂度了。只需要记住链表与数组的复杂度区别：

• 链表的查询复杂度为 O(n)，插入与删除复杂度为 O(1)
• 数组的查询复杂度为 O(1)，插入与删除复杂度为 O(n)

需要注意的一点是，虽然链表的插入与删除复杂度为 O(1)，但是以 Java 的实现来看，找到插入位置的这一步，实际上的复杂度是 O(n)。这也是 Java 中很少使用 LinkedList 的原因之一。