LeetCode-24-两两交换链表中的节点

这篇博客介绍了如何使用递归和迭代两种方法解决链表两两交换的问题。在递归解法中,通过设置终止条件并递归交换剩余节点来实现;而在迭代解法中,利用哑节点和前驱节点辅助,不断交换相邻节点直至遍历完整个链表。两种方法的时间复杂度均为O(n),但空间复杂度不同,递归解法为O(n),而迭代解法为O(1)。

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题目

来源:LeetCode.

给定一个链表,两两交换其中相邻的节点,并返回交换后的链表。
你不能只是单纯的改变节点内部的值,而是需要实际的进行节点交换。

示例 1:

输入:head = [1,2,3,4]
输出:[2,1,4,3]

示例 2:

输入:head = []
输出:[]

示例 3:

输入:head = [1]
输出:[1]

提示:

  • 链表中节点的数目在范围 [ 0 , 100 ] [0, 100] [0,100]
  • 0 < = N o d e . v a l < = 100 0 <= Node.val <= 100 0<=Node.val<=100

接下来看一下解题思路:

思路一:递归:

    递归的终止条件是链表中没有节点,或者链表中只有一个节点,此时无法进行交换。

    如果链表中至少有两个节点,则在两两交换链表中的节点之后,原始链表的头节点变成新的链表的第二个节点,原始链表的第二个节点变成新的链表的头节点。
    链表中的其余节点的两两交换可以递归地实现。在对链表中的其余节点递归地两两交换之后,更新节点之间的指针关系,即可完成整个链表的两两交换。

    用 h e a d head head 表示原始链表的头节点,新的链表的第二个节点,用 n e w H e a d newHead newHead 表示新的链表的头节点,原始链表的第二个节点,则原始链表中的其余节点的头节点是 n e w H e a d . n e x t newHead.next newHead.next
    令 h e a d . n e x t = s w a p P a i r s ( n e w H e a d . n e x t ) head.next = swapPairs(newHead.next) head.next=swapPairs(newHead.next),表示将其余节点进行两两交换,交换后的新的头节点为 h e a d head head 的下一个节点。
    然后令 n e w H e a d . n e x t = h e a d newHead.next = head newHead.next=head,即完成了所有节点的交换。最后返回新的链表的头节点 n e w H e a d newHead newHead

public static ListNode swapPairs1(ListNode head) {
    if (head == null || head.next == null) {
        return head;
    }

    ListNode newHead = head.next;
    head.next = swapPairs(newHead.next);
    newHead.next = head;

    return newHead;
}
总结

    时间复杂度: O ( n ) O(n) O(n),其中 n n n 是链表的节点数量。
    空间复杂度: O ( n ) O(n) O(n),其中 n n n 是链表的节点数量。

思路二:迭代:

    创建哑结点 d u m m y dummy dummy,令 d u m m y . n e x t = h e a d dummy.next = head dummy.next=head。令 p r e d pred pred 表示当前到达的节点,初始时 p r e d = d u m m y pred = dummy pred=dummy。每次需要交换 p r e d pred pred 后面的两个节点。

    如果 p r e d pred pred 的后面没有节点或者只有一个节点,则没有更多的节点需要交换,因此结束交换。否则,获得 p r e d pred pred 后面的两个节点 c u r cur cur a f t e r after after,通过更新节点的指针关系实现两两交换节点。

    具体而言,交换之前的节点关系是 p r e d − > c u r − > a f t e r pred -> cur -> after pred>cur>after,交换之后的节点关系要变成 p r e d − > a f t e r − > c u r pred -> after-> cur pred>after>cur
    完成上述操作之后,节点关系即变成 p r e d − > a f t e r − > c u r pred -> after-> cur pred>after>cur。再令 p r e d = c u r pred = cur pred=cur,对链表中的其余节点进行两两交换,直到全部节点都被两两交换。

    两两交换链表中的节点之后,新的链表的头节点是 d u m m y . n e x t dummy.next dummy.next,返回新的链表的头节点即可。

public static ListNode swapPairs(ListNode head) {
    if (head == null || head.next == null) {
        return head;
    }
    ListNode dummy = new ListNode(-1, head);
    ListNode pred = dummy;

    while (pred.next != null && pred.next.next != null) {
        ListNode cur = pred.next;
        ListNode after = pred.next.next;
        pred.next = after;
        // 交换节点
        cur.next = after.next;
        after.next = cur;
        // 下一次交换的前驱节点
        pred = cur;
    }

    return dummy.next;
}
总结

    时间复杂度: O ( n ) O(n) O(n),其中 n n n 是链表的节点数量。
    空间复杂度: O ( 1 ) O(1) O(1)

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