Q24-两两交换链表中的节点-中等-链表

24. 两两交换链表中的节点

Question

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。

Example 1:

输入：head = [1,2,3,4] 输出：[2,1,4,3]

Example 2:

输入：head = [] 输出：[]

Example 3:

输入：head = [1] 输出：[1]

提示：

链表中节点的数目在范围 [0, 100] 内

0 <= Node.val <= 100

Approach 1: 迭代

这道题目的困难主要在于难以凑出一个可重复调用的子循环。必须考虑在表头添加一个结点，帮助凑出子循环才行。

另一方面，链表指针的赋值应当小心，一些语句的顺序不能交换，否则出现循环。

思路与算法

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。

import math
from enum import Enum
import bisect
# Definition for singly-linked list.
class ListNode:
    def __init__(self, x):
        self.val = x
        self.next = None


def stringToListNode(input):
    # Now convert that list into linked list
    dummyRoot = ListNode(0)
    ptr = dummyRoot
    for number in input:
        ptr.next = ListNode(number)
        ptr = ptr.next
    ptr = dummyRoot.next
    return ptr

def listNodeToString(node):
    if not node:
        return "[]"
    result = ""
    while node:
        result += str(node.val) + ", "
        node = node.next
    return "[" + result[:-2] + "]" # 最后一个逗号不输出


class Solution:
    def swapPairs(self, head: ListNode) -> ListNode:
        dummyHead = ListNode(0)
        dummyHead.next = head
        temp = dummyHead
        while temp.next and temp.next.next:
            node1, node2 = temp.next, temp.next.next
            temp.next = node2
            # 下面两行的顺序不能交换，否则出现循环
            node1.next = node2.next
            node2.next = node1
            temp = node1
        return dummyHead.next


def main():
    head = stringToListNode([1,2,3,4,5])
    solution=Solution().swapPairs(head)
    print(solution)


if __name__ == "__main__":
    main()

复杂度分析

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。
空间复杂度：O(1)，增加一个结点。

Approach 2: 迭代

迭代的方法比较难看明白

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。

class Solution:
    def swapPairs(self, head: ListNode) -> ListNode:
        if not head or not head.next:
            return head
        newHead = head.next
        head.next = self.swapPairs(newHead.next)
        newHead.next = head
        return newHead

复杂度分析

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。
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。