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LeetCode-24. 两两交换链表中的节点

US-B.Ralph
US-B.Ralph
2020-10-13

问题地址

LeetCode每日一题/2020-10-13

LeetCode24. 两两交换链表中的节点


问题描述

规则

  • 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

给定 1->2->3->4, 你应该返回 2->1->4->3.

解析

解题思路

  • 单链表只能指向下一个节点。这里使用虚拟头节点进行操作;

数据操作分析

  • 操作步骤见下图

复杂度分析

  1. 时间复杂度
  2. 空间复杂度

编码实现

public class LeetCode0024_SwapNodesInPairs {
    public ListNode swapPairs(ListNode head) {
        if (head != null && head.next != null) {
            ListNode next = head.next;
            head.next = swapPairs(next.next);
            next.next = head;
            return next;
        }
        return head;
    }
}

官方解法

方法一:递归

思路与算法:

  • 可以通过递归的方式实现两两交换链表中的节点。
  • 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 head 表示原始链表的头节点,新的链表的第二个节点,用 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 newHead.next。令 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 head 的下一个节点。然后令 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 newHead。

复杂度分析:

  1. 时间复杂度:O(n),其中 n 是链表的节点数量。需要对每个节点进行更新指针的操作。
  2. 空间复杂度:O(n),其中 n 是链表的节点数量。空间复杂度主要取决于递归调用的栈空间。

编码实现

class Solution {
    public ListNode swapPairs(ListNode head) {
        if (head == null || head.next == null) {
            return head;
        }
        ListNode newHead = head.next;
        head.next = swapPairs(newHead.next);
        newHead.next = head;
        return newHead;
    }
}

方法二:迭代

思路及算法:

  • 也可以通过迭代的方式实现两两交换链表中的节点。
    • 创建哑结点 dummyHead,令 dummyHead.next = head。令 temp 表示当前到达的节点,初始时 temp = dummyHead。每次需要交换 temp 后面的两个节点。
    • 如果 temp 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 temp 后面的两个节点 node1 和 node2,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 temp -> node1 -> node2,交换之后的节点关系要变成 temp -> node2 -> node1,因此需要进行如下操作。
temp.next = node2
node1.next = node2.next
node2.next = node1
  • 完成上述操作之后,节点关系即变成 temp -> node2 -> node1。再令 temp = node1,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 dummyHead.next,返回新的链表的头节点即可。

复杂度分析:

  1. 时间复杂度:O(n),其中 n 是链表的节点数量。需要对每个节点进行更新指针的操作。
  2. 空间复杂度:O(1)

编码实现

class Solution {
    public ListNode swapPairs(ListNode head) {
        ListNode dummyHead = new ListNode(0);
        dummyHead.next = head;
        ListNode temp = dummyHead;
        while (temp.next != null && temp.next.next != null) {
            ListNode node1 = temp.next;
            ListNode node2 = temp.next.next;
            temp.next = node2;
            node1.next = node2.next;
            node2.next = node1;
            temp = node1;
        }
        return dummyHead.next;
    }
}

精彩评论

跳转地址1:画解算法:24. 两两交换链表中的节点

解题思路

  • 标签:链表
  • 本题的递归和非递归解法其实原理类似,都是更新每两个点的链表形态完成整个链表的调整
  • 其中递归解法可以作为典型的递归解决思路进行讲解
    • 递归写法要观察本级递归的解决过程,形成抽象模型,因为递归本质就是不断重复相同的事情。而不是去思考完整的调用栈,一级又一级,无从下手。如图所示,我们应该关注一级调用小单元的情况,也就是单个f(x)。
  • 其中我们应该关心的主要有三点:
    • 返回值
      调用单元做了什么
      终止条件
  • 在本题中:
    • 返回值:交换完成的子链表
    • 调用单元:设需要交换的两个点为 head 和 next,head 连接后面交换完成的子链表,next 连接 head,完成交换
    • 终止条件:head 为空指针或者 next 为空指针,也就是当前无节点或者只有一个节点,无法进行交换
编码实现
  • 递归写法
class Solution {
    public ListNode swapPairs(ListNode head) {
        if(head == null || head.next == null){
            return head;
        }
        ListNode next = head.next;
        head.next = swapPairs(next.next);
        next.next = head;
        return next;
    }
}
  • 非递归写法
class Solution {
    public ListNode swapPairs(ListNode head) {
        ListNode pre = new ListNode(0);
        pre.next = head;
        ListNode temp = pre;
        while(temp.next != null && temp.next.next != null) {
            ListNode start = temp.next;
            ListNode end = temp.next.next;
            temp.next = end;
            start.next = end.next;
            end.next = start;
            temp = start;
        }
        return pre.next;
    }
}
US-B.Ralph
LeetCode数据结构与算法算法

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