反转链表

• 206. Reverse Linked List
  • Description
  • 思路
  • C++ 解法
  • Java 解法
  • Python3 解法
• 92. Reverse Linked List II
  • Description
  • 思路
    • 方法一：穿针引线
    • 方法二：一次遍历「穿针引线」反转链表（头插法）
  • C++ 解法
  • Java 解法
  • Python3 解法

206. Reverse Linked List

Description

Given the head of a singly linked list, reverse the list, and return the reversed list.

Example 1:

Input: head = [1,2,3,4,5]
Output: [5,4,3,2,1]

Example 2:

Input: head = [1,2]
Output: [2,1]

Example 3:

Input: head = []
Output: []

Constraints:

• The number of nodes in the list is the range [0, 5000].
• -5000 <= Node.val <= 5000

Follow up: A linked list can be reversed either iteratively or recursively. Could you implement both?

思路

双指针

迭代

递归

C++ 解法

递归

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode *next;
 *     ListNode() : val(0), next(nullptr) {}
 *     ListNode(int x) : val(x), next(nullptr) {}
 *     ListNode(int x, ListNode *next) : val(x), next(next) {}
 * };
 */

class Solution {
public:
    ListNode* reverseList(ListNode* head) {
        if(head == NULL || head->next == NULL)
            return head;
        ListNode* last = reverseList(head->next);
        head->next->next = head;
        head->next = NULL;
        return last; 
    }
};

Java 解法

迭代

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * public class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode() {}
 *     ListNode(int val) { this.val = val; }
 *     ListNode(int val, ListNode next) { this.val = val; this.next = next; }
 * }
 */
class Solution {
    public ListNode reverseList(ListNode head) {
        ListNode pre = null;
        ListNode cur = head;
        while(cur != null){
            ListNode temp = cur.next;
            cur.next = pre;
            pre = cur;
            cur = temp;
        }
        return pre;
    }
}

Python3 解法

迭代

# Definition for singly-linked list.
# class ListNode:
#     def __init__(self, val=0, next=None):
#         self.val = val
#         self.next = next
class Solution:
    def reverseList(self, head: Optional[ListNode]) -> Optional[ListNode]:
        pre = None
        cur = head
        while cur != None:
            temp = cur.next
            cur.next = pre
            pre = cur
            cur = temp
        return pre

递归

# Definition for singly-linked list.
# class ListNode:
#     def __init__(self, val=0, next=None):
#         self.val = val
#         self.next = next
class Solution:
    def reverseList(self, head: Optional[ListNode]) -> Optional[ListNode]:
        if head == None or head.next == None:
            return head
        last = self.reverseList(head.next)
        head.next.next = head
        head.next = None
        return last

92. Reverse Linked List II

Description

Given the head of a singly linked list and two integers left and right where left <= right, reverse the nodes of the list from position left to position right, and return the reversed list.

Example 1:

Input: head = [1,2,3,4,5], left = 2, right = 4
Output: [1,4,3,2,5]
Example 2:

Input: head = [5], left = 1, right = 1
Output: [5]

Constraints:

The number of nodes in the list is n.

• 1 <= n <= 500
• -500 <= Node.val <= 500
• 1 <= left <= right <= n

Follow up: Could you do it in one pass?

思路

链表的操作问题，一般而言面试（机试）的时候不允许我们修改节点的值，而只能修改节点的指向操作。

思路通常都不难，写对链表问题的技巧是：一定要先想清楚思路，并且必要的时候在草稿纸上画图，理清「穿针引线」的先后步骤，然后再编码。

方法一：穿针引线

我们以下图中黄色区域的链表反转为例。

使用「206. 反转链表」的解法，反转 left 到 right 部分以后，再拼接起来。我们还需要记录 left 的前一个节点，和 right 的后一个节点。如图所示：

算法步骤：

第 1 步：先将待反转的区域反转； 第 2 步：把 pre 的 next 指针指向反转以后的链表头节点，把反转以后的链表的尾节点的 next 指针指向 succ。

说明：编码细节我们不在题解中介绍了，请见下方代码。思路想明白以后，编码不是一件很难的事情。这里要提醒大家的是，链接什么时候切断，什么时候补上去，先后顺序一定要想清楚，如果想不清楚，可以在纸上模拟，让思路清晰。

复杂度分析

时间复杂度：O(N)，其中 N 是链表总节点数。最坏情况下，需要遍历整个链表。

空间复杂度：O(1)。只使用到常数个变量。

方法二：一次遍历「穿针引线」反转链表（头插法）

方法一的缺点是：如果 left 和 right 的区域很大，恰好是链表的头节点和尾节点时，找到 left 和 right 需要遍历一次，反转它们之间的链表还需要遍历一次，虽然总的时间复杂度为 O(N)，但遍历了链表 2 次，可不可以只遍历一次呢？答案是可以的。我们依然画图进行说明。

我们依然以方法一的示例为例进行说明。

整体思想是：在需要反转的区间里，每遍历到一个节点，让这个新节点来到反转部分的起始位置。下面的图展示了整个流程。

下面我们具体解释如何实现。使用三个指针变量 pre、curr、next 来记录反转的过程中需要的变量，它们的意义如下：

curr：指向待反转区域的第一个节点 left； next：永远指向 curr 的下一个节点，循环过程中，curr 变化以后 next 会变化； pre：永远指向待反转区域的第一个节点 left 的前一个节点，在循环过程中不变。 第 1 步，我们使用 ①、②、③ 标注「穿针引线」的步骤。

操作步骤：

先将 curr 的下一个节点记录为 next； 执行操作 ①：把 curr 的下一个节点指向 next 的下一个节点； 执行操作 ②：把 next 的下一个节点指向 pre 的下一个节点； 执行操作 ③：把 pre 的下一个节点指向 next。 第 1 步完成以后「拉直」的效果如下：

第 2 步，同理。同样需要注意 「穿针引线」操作的先后顺序。

第 2 步完成以后「拉直」的效果如下：

第 3 步，同理。

第 3 步完成以后「拉直」的效果如下：

复杂度分析：

时间复杂度：O(N)，其中 N 是链表总节点数。最多只遍历了链表一次，就完成了反转。

空间复杂度：O(1)。只使用到常数个变量。

作者：力扣官方题解 链接：https://leetcode.cn/problems/reverse-linked-list-ii/solutions/634701/fan-zhuan-lian-biao-ii-by-leetcode-solut-teyq/ 来源：力扣（LeetCode） 著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。

C++ 解法

方法一：穿针引线

class Solution {
private:
    void reverseLinkedList(ListNode *head) {
        // 也可以使用递归反转一个链表
        ListNode *pre = nullptr;
        ListNode *cur = head;

        while (cur != nullptr) {
            ListNode *next = cur->next;
            cur->next = pre;
            pre = cur;
            cur = next;
        }
    }

public:
    ListNode *reverseBetween(ListNode *head, int left, int right) {
        // 因为头节点有可能发生变化，使用虚拟头节点可以避免复杂的分类讨论
        ListNode *dummyNode = new ListNode(-1);
        dummyNode->next = head;

        ListNode *pre = dummyNode;
        // 第 1 步：从虚拟头节点走 left - 1 步，来到 left 节点的前一个节点
        // 建议写在 for 循环里，语义清晰
        for (int i = 0; i < left - 1; i++) {
            pre = pre->next;
        }

        // 第 2 步：从 pre 再走 right - left + 1 步，来到 right 节点
        ListNode *rightNode = pre;
        for (int i = 0; i < right - left + 1; i++) {
            rightNode = rightNode->next;
        }

        // 第 3 步：切断出一个子链表（截取链表）
        ListNode *leftNode = pre->next;
        ListNode *curr = rightNode->next;

        // 注意：切断链接
        pre->next = nullptr;
        rightNode->next = nullptr;

        // 第 4 步：同第 206 题，反转链表的子区间
        reverseLinkedList(leftNode);

        // 第 5 步：接回到原来的链表中
        pre->next = rightNode;
        leftNode->next = curr;
        return dummyNode->next;
    }
};

方法二：一次遍历「穿针引线」反转链表（头插法）

class Solution {
public:
    ListNode *reverseBetween(ListNode *head, int left, int right) {
        // 设置 dummyNode 是这一类问题的一般做法
        ListNode *dummyNode = new ListNode(-1);
        dummyNode->next = head;
        ListNode *pre = dummyNode;
        for (int i = 0; i < left - 1; i++) {
            pre = pre->next;
        }
        ListNode *cur = pre->next;
        ListNode *next;
        for (int i = 0; i < right - left; i++) {
            next = cur->next;
            cur->next = next->next;
            next->next = pre->next;
            pre->next = next;
        }
        return dummyNode->next;
    }
};

Java 解法

方法一：穿针引线

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * public class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode() {}
 *     ListNode(int val) { this.val = val; }
 *     ListNode(int val, ListNode next) { this.val = val; this.next = next; }
 * }
 */
class Solution {
    public void reverseLinkedList(ListNode head) {
        ListNode pre = null;
        ListNode cur = head;
        while(cur != null){
            ListNode temp = cur.next;
            cur.next = pre;
            pre = cur;
            cur = temp;
        }
    }
    public ListNode reverseBetween(ListNode head, int left, int right) {
        ListNode dummyHead = new ListNode(-1);
        dummyHead.next = head;
        ListNode pre = dummyHead;
        
        for(int i = 0; i < left - 1; i++){
            pre = pre.next;
        }
        ListNode rightNode = pre;
        for(int i = 0; i < right - left + 1; i++){
            rightNode = rightNode.next;
        }

        ListNode leftNode = pre.next;
        ListNode succ = rightNode.next;
        rightNode.next = null;
        pre.next = null;
        reverseLinkedList(leftNode);
        pre.next = rightNode;
        leftNode.next = succ;
        return dummyHead.next;
    }
}

Python3 解法