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反转链表系列问题

反转链表系列问题

作者:Grey

原文地址:

博客园:反转链表系列问题

CSDN:反转链表系列问题

反转单链表

题目描述见:LeetCode 206. Reverse Linked List

思路如下

对于任何一个节点 cur 来说,记录一个前驱节点 pre (第一个节点的前驱节点是 null )

先用一个临时节点 tmp 记录 cur 的下一个节点,然后设置

cur.next = pre;
pre = cur;
cur = tmp;

以下是示例图

假设原始链表如下

image

第一个节点的反转流程如下

image

第二个节点的反转流程如下

image

最后返回 pre 节点即为反转后的节点。

代码如下

class Solution {
    public ListNode reverseList(ListNode head) {
        ListNode pre = null;
        ListNode cur = head;
        while (cur != null) {
            ListNode tmp = cur.next;
            cur.next = pre;
            pre = cur;
            cur = tmp;
        }
        return pre;
    }
}

时间复杂度\(O(N)\),空间复杂度\(O(1)\)

反转链表也可以用递归方法来实现

定义递归函数 ListNode reverse(ListNode cur),这个递归函数的含义是

反转以 cur 为头的链表,并把反转后的头节点返回。

这个递归函数的 base case 是,只有一个节点的时候,即

if (cur == null || cur.next == null) {
    return cur;
}

这种情况下,直接返回当前节点即可。

接下来是普遍情况:

image

当前来到 cur 节点,c,d,e 已经完成了反转。

此时 cur 需要做如下操作:把 c , d, e 反转后的头节点获取到,假设为 pre , 在上图中,pre 就是 e 节点,然后 cur 再做如下操作

cur.next.next = cur;
cur.next = null;

image

image

其中cur.next = null非常重要,只有这样,才能防止出现环。完整代码如下

class Solution {
    public ListNode reverseList(ListNode cur) {
        return reverse(cur);
    }

    // 反转cur为头的链表,并把反转后的头节点返回
    public ListNode reverse(ListNode cur) {
        if (cur == null || cur.next == null) {
            return cur;
        }
        ListNode pre = reverse(cur.next);
        cur.next.next = cur;
        cur.next = null;
        return pre;
    }
}

时间复杂度\(O(N)\)

空间复杂度\(O(N)\)(递归栈占用的空间)

反转双向链表

双向链表和单链表的反转类似,每个节点要多处理一次每个节点的前驱指针,

完整代码如下

    public static DoubleNode reverseDoubleList(DoubleNode head) {
        if (head == null || head.next == null) {
            return head;
        }
        DoubleNode pre = null;
        DoubleNode cur = head;
        while (cur != null) {
            DoubleNode tmp = cur.next;
            cur.next = pre;
            cur.last = tmp;
            pre = cur;
            cur = tmp;
        }
        return pre;
    }

反转单链表一部分

题目描述见:LeetCode 92. Reverse Linked List II

本题核心依然是反转链表,只是增加了一些变量来记录需要反转链表的头位置和结尾位置,不过需要注意的是,本题的链表开始位置是从 1 开始,所以,如果m = 1 && n != 1,说明反转链表后需要返回新的头部,只要m > 1,反转链表一部分以后,返回原先的头即可。

此外,本题的 follow up 提到

Could you do it in one pass?

就是遍历一次链表能否解决问题,具体代码如下

class Solution {
    public ListNode reverseBetween(ListNode head, int left, int right) {
        if (head.next == null || left == right) {
            // 只有一个节点,怎么反转都一样
            // 只要反转一个节点,反转前后链表还是一样的
            return head;
        }
        if (left == 1) {
            // 需要换头
            ListNode pre = null;
            ListNode end = head;
            ListNode cur = head;
            int gap = right - left + 1;
            while (gap != 0) {
                ListNode tmp = cur.next;
                cur.next = pre;
                pre = cur;
                cur = tmp;
                gap--;
            }
            end.next = cur;
            return pre;
        } else {
            ListNode pre = null;
            for (int i = 1; i < left; i++) {
                pre = pre == null ? head : pre.next;
            }
            ListNode end = pre;
            ListNode cur = pre == null ? head : pre.next;
            ListNode last = cur;
            int gap = right - left + 1;
            while (gap != 0) {
                ListNode tmp = cur.next;
                cur.next = pre;
                pre = cur;
                cur = tmp;
                gap--;
            }

            if (end != null) end.next = pre;
            if (last != null) last.next = cur;
            // 不需要换头,返回原先的头节点
            return head;
        }
    }
}

整个过程只遍历一遍链表,时间复杂度\(O(N)\),空间复杂度\(O(1)\)

本题也可以利用递归方式解,主函数可以直接定义为递归函数

public ListNode reverseBetween(ListNode head, int left, int right)

该函数表示反转 leftright区间内的链表,并返回反转后的最终链表的头节点。

然后定义一个辅助函数(这个函数也是递归实现)

ListNode reverseN(ListNode head, int n)

该函数表示:反转以 head 为头的链表的前 n 个节点,并返回反转后的链表头节点。

left == 1的条件下,主函数直接调用reverseN(head, right)即可。

即:

    public static ListNode reverseBetween(ListNode head, int left, int right) {
        if (left == 1) {
            // 相当于直接反转前 right 个元素
            return reverseN(head, right);
        }
        // ...
    }

接下来是普遍情况:要实现 leftright 区间内的链表反转,可以先考虑以head.next为头的对应区间的链表反转

如下图
image

然后将head.next 指向反转后的节点即可

image

接下来是reverseN方法的实现,这个函数也是递归函数,表示反转以head为头的前n个节点,并返回反转后的头节点,当n == 1时,返回head,接下来是普遍情况,反转以head.next为头的前n - 1个节点,如下图

image

反转后的链表头节点假设是last

image

这个last节点就是整个链表反转前n个元素后的头节点,然后将head节点进行最后一次反转

head.next.next = head;

image

最后需要将heade节点连接起来,所以递归过程中,需要一直记录反转的部分链表的后继节点,设置一个全局变量

static ListNode successor = null;

head指向successor节点

image

完成了前n个节点的反转,完整代码如下:

    // 递归解法
    public static ListNode reverseBetween(ListNode head, int left, int right) {
        if (left == 1) {
            return reverseN(head, right);
        }
        head.next = reverseBetween(head.next, left - 1, right - 1);
        return head;
    }

    // 反转链表前N个节点
    public static ListNode reverseN(ListNode head, int n) {
        if (n == 1) {
            successor = head.next;
            return head;
        }
        ListNode last = reverseN(head.next, n - 1);
        head.next.next = head;
        head.next = successor;
        return last;
    }

    static ListNode successor = null;

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算法和数据结构学习笔记

算法和数据结构学习代码

参考资料

算法和数据结构体系班-左程云

posted @ 2023-11-23 23:00  Grey Zeng  阅读(96)  评论(0编辑  收藏  举报