门| GATE-CS-2015（套装3）|第 60 题

题目描述

有一个链表，其中的每个节点包含一个字符。我们可以使用 $O(1)$ 的时间将该字符插入到链表的头部。可以使用 $O(n)$ 时间将一个字符从链表中删除。给定一个该链表的头指针和一个字符串，每个字符要么在链表中出现，要么不存在。请实现一个函数来对该链表进行调整，使它可以存储该字符串，且保证对该字符串中每个字符的第一次访问都是 $O(1)$ 的。

输入格式

• 输入参数是一个链表的头节点 $pHead$，以及一个字符串 $str$，表示需要存储的字符串。

输出格式

• 输出参数是永久地修改 $pHead$ 指向链表的头节点，使得链表可以存储 $str$。

题意解析

题意可以转化为，在链表中存储字符串 $str$，并使得每个字符在第一次访问时，时间复杂度为 $O(1)$。因此我们可以考虑使用一个哈希表 $map$ 来存储字符与其在链表中的地址，可以使得 $O(1)$ 访问任意字符。同时，我们可以在链表节点中再加一个布尔值 $used$ 来表示该节点是否已被使用，因为对于已经使用的节点，在访问时直接修改其位置即可，否则需要新建节点进行插入。

具体实现：

1. 遍历字符串 $str$ 中的每个字符。如果该字符已经在哈希表中，则直接将其对应的节点移动到链表头部，并标记该节点的 $used$ 值为 $true$。否则，新建一个节点，将字符插入到链表头部，并在哈希表中存储该字符和其对应的链表节点地址，同时标记该节点的 $used$ 值为 $true$。
2. 对于每个节点，如果其 $used$ 值为有 $false$，则将其从链表中删除即可。

最终返回链表头节点 $pHead$ 即可。

代码实现

'''
Definition for singly-linked list.
class ListNode(object):
    def __init__(self, x):
        self.val = x
        self.next = None
'''

class Solution(object):
    def adjustList(self, pHead, str):
        """
        :type pHead: ListNode
        :type str: str
        :rtype: ListNode
        """
        # 记录字符出现的次数和对应的链表节点地址
        map = {}
        # 遍历字符串，处理每个字符
        for c in str:
            if c in map:  # 如果该字符已经在链表中
                cur = map[c]
                # 将对应节点移动到链表头部
                if cur != pHead:
                    pre.next, cur.next, pHead = cur, pHead, cur
            else:  # 如果该字符不在链表中
                # 新建节点，插入链表头部
                cur = ListNode(c)
                cur.next, pHead = pHead, cur
                # 在哈希表中记录该字符和链表节点地址
                map[c] = cur
        # 遍历链表，删除没有使用过的节点
        dummy = ListNode(0)
        dummy.next = pHead
        pre, cur = dummy, pHead
        while cur:
            if not cur.used:
                pre.next, cur = cur.next, cur.next
            else:
                cur.used, pre, cur = False, cur, cur.next
        return pHead

该代码是使用 Python 实现的，采用链表和哈希表对问题进行解决。