一、编程题：707. 设计链表（双向链表-带头尾双结点）

1.题目描述

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。LeetCode题目链接。
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。

2.示例1：

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

3.提示：

0 <= index, val <= 1000

请不要使用内置的 LinkedList 库。

get, addAtHead, addAtTail, addAtIndex 和 deleteAtIndex 的操作次数不超过 2000。

二、解题思路

本题单纯就是对数据结构链表构成的考察，由于题中涉及到一些对中间变量的操作，所以采用双向链表来进行解决，加上贪心算法来进行查询位置加快运行速度。不过这里关键点还是在于要定义好链表的边界，这一点要理清楚。不然在编写过程容易缺失部分数据处理（本人踩的坑）。基本上能完成双向链表之后都可以写顺利写单向链表，不然也可以先写出单向链表，然后在写根据单向写双向，多写几遍印象更深刻点。

1.思路

解决方法1（个人想法）：

Step 1.创建双向链表结点（有前驱后继），在MyLinkedList中创建头尾双结点，以便后续方便处理中间变量;
Step 2.涉及index操作时，采用贪心算法使其从最近的一边开始遍历（注：一定要对index进行安全处理，以防数据无效）;
Step 3.编写Nodeshow函数打印链表数据，以便编写过程中进行调试;

2.复杂度分析：

时间复杂度：涉及 index 的相关操作复杂度为 O(index)；其余操作均为 O(1)
空间复杂度：O(n)

3.算法图解（双向链表）

红色部分代表待操作元素。（注：本人不会做成流程动画，希望会的朋友可以私信我指点一二，说个软件名字也可以，谢谢）
头插法（尾插法）：

Step 1. 要先处理插入结点1的指向，分别把结点1的前驱后继指向
Step 2. 再来解决原先结点的指向，如图所示把head->next和end->prev指向1，即插入完成。

（注：这里1，2步不能搞混，要先执行第一步在执行第二步，反过来则会出错，可以尝试一下并打log体会）

删除操作：

Step 1. 同理，要先处理删除结点1的前后结点指向，如图所示，分别把head->next指向end，end->prev指向head即可；
Step 2. 最后在把结点1删除，即删除完成。

（注：这里1，2步不能搞混，要先执行第一步在执行第二步，反过来则会出错，可以尝试一下并打log体会）

三、代码实现

。每个代码块都写了注释，方便理解，代码还可以改进；
代码如下（示例）：
解法一：

class MyLinkedList {//创建头结点,尾结点private Node head, end;//链表长度private int length;public MyLinkedList() {// 链表初始化this.head = new Node(-1, null, null);this.end = new Node(-1, null, null);// 连接链表初始节点this.head.setNode(null, this.end);this.end.setNode(this.head, null);this.length = 0;}//获取当前元素public int get(int index) {//安全处理if(index >= 0 && index+1 <= this.length){//当前结点// 使用贪心每次都从最近的地方开始找Node temp = index <= this.length/2 ? this.head : this.end;// 可优化代码将其抽离成模块if(index <= this.length/2){// 从头结点for(int i = 0; i <= index; i++){temp = temp.next;}}else{for(int i = 0; i <= this.length - index - 1; i++){temp = temp.prev;}}return temp.val;}return -1;}//头插法public void addAtHead(int val) {Node temp = new Node(val,null,null);// 第一步先处理插入的元素指向temp.next = this.head.next;temp.prev = this.head;// 第二步在处理原先的元素指向this.head.next.prev = temp;this.head.next = temp;this.length++;// Nodeshow();}//尾插法public void addAtTail(int val) { Node temp = new Node(val,null,null);// 双向链表// 第一步先处理插入的元素指向temp.next = this.end;temp.prev = this.end.prev;// 第二步在处理原先的元素指向this.end.prev.next = temp;this.end.prev = temp;this.length++;// Nodeshow();}// 在第index个节点之前添加值为val的节点public void addAtIndex(int index, int val) {//安全处理if(index >= 0 && index <= this.length){//当前结点Node temp = index <= this.length/2 ? this.head : this.end;Node temp_node = new Node(val, null,null);// 使用贪心每次都从最近的地方开始找// 可优化代码将其抽离成模块if(index <= this.length/2){// 从头结点开始寻找要插入的位置for(int i = 0; i < index; i++){temp = temp.next;}//插入结点 temp结点为要插入位置的前一个结点temp_node.next = temp.next;temp_node.prev = temp;temp.next.prev = temp_node;temp.next = temp_node;}else{// 从尾节点开始找到要插入的位置for(int i = 0; i <= this.length - index - 1; i++){temp = temp.prev;}// 插入结点 temp结点为要插入位置的当前结点temp_node.next = temp;temp_node.prev = temp.prev;temp.prev.next = temp_node;temp.prev = temp_node;                }this.length++;// Nodeshow();}}public void deleteAtIndex(int index) {//安全处理// System.out.println("this.length = " + this.length);if(index >= 0 && index+1 <= this.length){Node temp = this.head;//双向链表 找到删除结点for(int i = 0; i <= index; i++){temp = temp.next;}temp.next.prev = temp.prev;temp.prev.next = temp.next;this.length--;// Nodeshow();}}public void Nodeshow(){Node temp = head;while(temp.next != null){System.out.print(temp.val + " ");temp = temp.next;}System.out.print(temp.val + " ");System.out.println();}
}//先创建结点对象，双向链表
public class Node{public int val;public Node prev; //前驱结点public Node next; //后续结点public Node(int val){this.val = val;this.prev = null;this.next = null;}public Node(int val, Node prev,Node next){this.val = val;this.prev = prev;this.next = next;}public void setNode(Node prev, Node next){this.prev = prev;this.next = next;}
}

提交结果：

三、单向链表代码实现

class MyLinkedList {//创建头结点,尾结点private Node head;//链表长度private int length;public MyLinkedList() {//链表初始化this.head = new Node(-1, null);this.end = new Node(-1, null);this.length = 0;}//获取当前元素public int get(int index) {//安全处理if(index >= 0 && index+1 <= this.length){//当前结点Node temp = this.head;for(int i = 0; i <= index; i++){temp = temp.next;}return temp.val;}return -1;}//头插法public void addAtHead(int val) {Node temp = new Node(val,null);temp.next = this.head.next;this.head.next = temp;this.length++;// Nodeshow();}//尾插法public void addAtTail(int val) { Node temp = new Node(val,null);Node temp_head = this.head;//找到尾部while(temp_head.next != null) temp_head = temp_head.next;temp_head.next = temp;this.length++;// Nodeshow();}public void addAtIndex(int index, int val) {//安全处理if(index >= 0 && index <= this.length){//当前结点Node temp = this.head;Node temp_node = new Node(val, null);for(int i = 0; i < index; i++){temp = temp.next;}//插入结点temp_node.next = temp.next;temp.next = temp_node;this.length++;// Nodeshow();}}public void deleteAtIndex(int index) {//安全处理// System.out.println("this.length = " + this.length);if(index >= 0 && index+1 <= this.length){Node temp = this.head;//找到删除结点的前一个结点for(int i = 0; i <= index-1; i++){temp = temp.next;}// System.out.print(temp.val + " === ");temp.next = temp.next.next;this.length--;// Nodeshow();}}public void Nodeshow(){Node temp = head;while(temp.next != null){System.out.print(temp.val + " ");temp = temp.next;}System.out.print(temp.val + " ");System.out.println();}
}//先创建结点对象
public class Node{public int val;public Node next;public Node(int val){this.val = val;}public Node(int val, Node next){this.val = val;this.next = next;}
}

总结

以上就是今天要讲的内容，本题单纯就是对数据结构链表构成的考察，由于题中涉及到一些对中间变量的操作，所以采用双向链表来进行解决，加上贪心算法来进行查询位置加快运行速度。不过这里关键点还是在于要定义好链表的边界，这一点要理清楚。不然在编写过程容易缺失部分数据处理（本人踩的坑）。所以就赶紧记录一下这时刻。

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