LeetCode 92. 反转链表 II

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给你单链表的头指针 head 和两个整数 leftright ,其中 left <= right 。请你反转从位置 left 到位置 right 的链表节点,返回 反转后的链表

示例 1:

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

示例 2:

css 复制代码
输入: head = [5], left = 1, right = 1
输出: [5]

提示:

  • 链表中节点数目为 n
  • 1 <= n <= 500
  • -500 <= Node.val <= 500
  • 1 <= left <= right <= n

进阶: 你可以使用一趟扫描完成反转吗?

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。

代码

kotlin 复制代码
class Solution {
    fun reverseBetween(head: ListNode?, left: Int, right: Int): ListNode? {
        // 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
        val dummyNode = ListNode(-1)
        dummyNode.next = head

        var pre: ListNode? = 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 (i in 0..<left - 1) {
            pre = pre?.next
        }

        // 第 2 步:从 pre 再走 right - left + 1 步,来到 right 节点
        var rightNode: ListNode? = pre
        for (i in 0..<right - left + 1) {
            rightNode = rightNode?.next
        }

        // 第 3 步:切断出一个子链表(截取链表)
        val leftNode = pre?.next
        val afterRightNode = rightNode?.next

        // 注意:切断链接
        pre?.next = null
        rightNode?.next = null

        // 第 4 步: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 = afterRightNode
        return dummyNode.next
    }

    fun reverseLinkedList(head: ListNode?) {
        var pre: ListNode? = null
        var cur: ListNode? = head
        while (cur != null) {
            val temp = cur.next
            cur.next = pre
            pre = cur
            cur = temp
        }
    }
}

方法二:一次遍历「穿针引线」反转链表

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。

整理思想是: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:

代码

kotlin 复制代码
class Solution {
    fun reverseBetween(head: ListNode?, left: Int, right: Int): ListNode? {
        // 设置 dummyNode 是这一类问题的一般做法
        val dummyNode = ListNode(-1)
        dummyNode.next = head
        var pre: ListNode? = dummyNode
        for (i in 0..<left - 1) {
            pre = pre?.next
        }

        val cur = pre?.next
        for (i in 0..<right - left) {
            val next = cur?.next
            cur?.next = next?.next
            next?.next = pre.next
            pre?.next = next
        }
        return dummyNode.next
    }
}

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。

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