LeetCode 热题 100 206. 反转链表

LeetCode 热题 100 | 206. 反转链表

大家好,今天我们来解决一道经典的算法题------反转链表。这道题在 LeetCode 上被标记为简单难度,要求我们将一个单链表反转,并返回反转后的链表。下面我将详细讲解解题思路,并附上 Python 代码实现。


题目描述

给定单链表的头节点 head,反转链表,并返回反转后的链表。

示例:

plaintext 复制代码
输入:head = [1,2,3,4,5]
输出:[5,4,3,2,1]

解题思路

反转链表的核心思想是改变链表中节点的指向关系,将每个节点的 next 指针指向前一个节点。我们可以通过 迭代递归 两种方法来实现。


方法 1:迭代法

核心思想
  • 使用三个指针:
    • prev:指向当前节点的前一个节点,初始为 None
    • curr:指向当前节点,初始为 head
    • next:指向当前节点的下一个节点。
  • 遍历链表,逐个反转节点的指向。
步骤
  1. 初始化 prev = Nonecurr = head
  2. 遍历链表:
    • 保存 curr 的下一个节点:next = curr.next
    • 反转当前节点的指向:curr.next = prev
    • 移动 prevcurrprev = currcurr = next
  3. 遍历结束后,prev 就是反转后的链表的头节点。
代码实现
python 复制代码
class ListNode:
    def __init__(self, val=0, next=None):
        self.val = val
        self.next = next

def reverseList(head):
    prev = None  # 前一个节点
    curr = head  # 当前节点
    
    while curr:
        next = curr.next  # 保存下一个节点
        curr.next = prev  # 反转当前节点的指向
        prev = curr  # 移动 prev
        curr = next  # 移动 curr
    
    return prev  # 返回反转后的头节点
复杂度分析
  • 时间复杂度:O(n),其中 n 是链表的长度。需要遍历链表一次。
  • 空间复杂度:O(1),只使用了常数个额外空间。

方法 2:递归法

核心思想
  • 递归地反转链表:
    • 递归到链表的最后一个节点,将其作为新的头节点。
    • 在回溯过程中,逐个反转节点的指向。
步骤
  1. 递归终止条件:如果链表为空或只有一个节点,直接返回 head
  2. 递归调用:反转 head.next 之后的链表。
  3. 反转当前节点的指向:head.next.next = head
  4. 断开当前节点的指向:head.next = None
  5. 返回新的头节点。
代码实现
python 复制代码
class ListNode:
    def __init__(self, val=0, next=None):
        self.val = val
        self.next = next

def reverseList(head):
    # 递归终止条件
    if not head or not head.next:
        return head
    
    # 递归反转剩余链表
    new_head = reverseList(head.next)
    
    # 反转当前节点的指向
    head.next.next = head
    head.next = None
    
    # 返回新的头节点
    return new_head
复杂度分析
  • 时间复杂度:O(n),其中 n 是链表的长度。需要递归调用 n 次。
  • 空间复杂度:O(n),递归调用栈的深度为 n。

示例运行

示例 1
python 复制代码
# 创建链表 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5
head = ListNode(1)
head.next = ListNode(2)
head.next.next = ListNode(3)
head.next.next.next = ListNode(4)
head.next.next.next.next = ListNode(5)

# 反转链表
reversed_head = reverseList(head)

# 输出反转后的链表
while reversed_head:
    print(reversed_head.val, end=" -> ")
    reversed_head = reversed_head.next
print("None")

输出:

复制代码
5 -> 4 -> 3 -> 2 -> 1 -> None
示例 2
python 复制代码
# 创建链表 1 -> 2
head = ListNode(1)
head.next = ListNode(2)

# 反转链表
reversed_head = reverseList(head)

# 输出反转后的链表
while reversed_head:
    print(reversed_head.val, end=" -> ")
    reversed_head = reversed_head.next
print("None")

输出:

复制代码
2 -> 1 -> None
示例 3
python 复制代码
# 创建空链表
head = None

# 反转链表
reversed_head = reverseList(head)

# 输出反转后的链表
while reversed_head:
    print(reversed_head.val, end=" -> ")
    reversed_head = reversed_head.next
print("None")

输出:

复制代码
None

总结

  • 迭代法:通过遍历链表,逐个反转节点的指向,时间复杂度为 O(n),空间复杂度为 O(1)。
  • 递归法:通过递归调用反转链表,时间复杂度为 O(n),空间复杂度为 O(n)。
  • 两种方法都能高效地解决反转链表的问题,选择哪种方法取决于具体需求和场景。

希望这篇题解对你有帮助!如果还有其他问题,欢迎继续提问!

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