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。
• 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。

解法

单链表

借助虚拟头结点。

class Node{
    public int val;
    public Node next;
    public Node(int val) {
        this.val = val;
    }
}

class MyLinkedList {

    private Node pHead;
    private int size;

    public MyLinkedList() {
        this.size = 0;
        this.pHead = new Node(-1);
    }

    public int get(int index) {
        //如果index非法，返回-1
        if (index < 0 || index >= size) {
            return -1;
        }
        Node cur = pHead;
        while (index > 0) {
            cur = cur.next;
            index--;
        }
        return cur.next.val;
    }

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

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

    public void addAtIndex(int index, int val) {
        // 如果 index 大于链表长度，则不会插入节点。
        if (index > size) {
            return;
        }
        Node node = new Node(val);
        // 如果 index 小于0，则在头部插入节点。
        if (index < 0) {
            index = 0;
        }

        Node cur = pHead;
        while (index > 0 && cur != null) {
            cur = cur.next;
            index--;
        }

        // 在当前节点后插入
        node.next = cur.next;
        cur.next = node;
        size++;
    }

    public void deleteAtIndex(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            return;
        }

        Node cur = pHead;
        while (index > 0) {
            cur = cur.next;
            index--;
        }
        Node removeNode = cur.next;
        cur.next = removeNode.next;
        removeNode.next = null;
        size--;
    }
}

双链表

注意要新增、删除节点时要维护头尾节点。优化点，判断插入和删除位置距离头结点更近还是尾结点更近从而从头结点或者尾结点开始遍历。

class Node{
    public int val;
    public Node prev;
    public Node next;
    public Node(int val) {
        this.val = val;
    }
}

class MyLinkedList {

    private Node head;
    private Node tail;
    private int size;

    public MyLinkedList() {}

    public int get(int index) {
        //如果index非法，返回-1
        if (index < 0 || index >= size) {
            return -1;
        }
        Node cur = head;
        while (index > 0) {
            cur = cur.next;
            index--;
        }
        return cur.val;
    }

    public void addAtHead(int val) {
        Node node = new Node(val);
        size++;
        if (head == null) {
            head = node;
            tail = node;
            return;
        }
        node.next = head;
        head.prev = node;
        head = node;
    }

    public void addAtTail(int val) {
        Node node = new Node(val);
        size++;
        if (tail == null) {
            head = node;
            tail = node;
            return;
        }
        tail.next = node;
        node.prev = tail;
        tail = node;
    }

    public void addAtIndex(int index, int val) {
        // 如果 index 大于链表长度，则不会插入节点。
        if (index > size) {
            return;
        }
        Node node = new Node(val);
        // 如果 index 小于0，则在头部插入节点。
        if (index <= 0) {
            addAtHead(val);
            return;
        }
        // 如果 index 等于链表的长度，则该节点将附加到链表的末尾。
        if (index == size) {
            addAtTail(val);
            return;
        }

        Node cur;
        if (index <= size / 2) {
            cur = head;
            while (index > 0) {
                cur = cur.next;
                index--;
            }
        } else {
            cur = tail;
            index = size - index - 1;
            while (index > 0) {
                cur = cur.prev;
                index--;
            }
        }

        // 在当前节点前插入
        node.next = cur;
        node.prev = cur.prev;
        cur.prev.next = node;
        cur.prev = node;
        size++;
    }

    public void deleteAtIndex(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            return;
        }

        Node cur;
        if (index <= size / 2) {
            cur = head;
            while (index > 0) {
                cur = cur.next;
                index--;
            }
        } else {
            cur = tail;
            index = size - index - 1;
            while (index > 0) {
                cur = cur.prev;
                index--;
            }
        }

        // 当前节点为头结点
        if (cur.prev == null) {
            head = cur.next;
        } else {
            cur.prev.next = cur.next;
        }

        // 当前节点为尾结点
        if (cur.next == null) {
            tail = cur.prev;
        } else {
            cur.next.prev = cur.prev;
        }
        cur.next = null;
        cur.prev = null;
        size--;
    }
}