算法入门题:如何反转一个单向链表?

最近在 LeetCode 上面玩 链表 类型的题目,所以打算写一篇文章,分享一下在做链表类型题目的心得。

众所周知,玩链表就是玩指针,今天跟大家讲解一个链表的入门题目,如何反转一个单向链表 也是 LeetCode #206 是很热门的一道编程题 LC#206 Reverse Linked List ,如图:

算法入门题:如何反转一个单向链表?

解题理论:

想要反转一个单向链表,除了当前的 head 指针外,我们还另外需要两个辅助指针:

  • preNode 用于保存上一个引用的指针
  • nextNode 用于保存下一个引用的指针

不管你使用什么编程语言,反转链表的公式都是一样的,主要分为以下四步:

  1. 将当前 head 引用的 next 引用传递给 nextNode
  2. 将当前 preNode 引用赋值给 head.next 实现反转(重要)
  3. 移动 preNode 指针,准备进行下一次反转
  4. 移动 head 指针,准备进行下一次反转

使用 Java 语言表示的代码如下:

    public static ListNode reverseList(ListNode head) {
        ListNode next, pre = null;
        while (head != null) {
            next = head.next;
            head.next = pre;
            pre = head;
            head = next;
        }
        return pre;
    }

因为动态语言允许交叉赋值,所以使用动态语言反转链表就更加的简单,代码如下:

  def reverse_list(head)
      while(head != nil) 
          cur_next, head.next, pre = head.next, pre, head
          head = cur_next
      end
      pre
  end
图解数据结构

上面代码和文字描述看上去可能不太直观,我们下面通过图文的形式展示一个单向链表是如何被反转的

单向链表的初始状态:

算法入门题:如何反转一个单向链表?

然后我们第一步,开始初始化指针,

ListNode next, pre = null

然后,执行第一步切换指引的代码:

next = head.next;

这时候链表和指针的位置改变如下图:

算法入门题:如何反转一个单向链表?

当执行第二步代码:

head.next = pre;

这时候链表内的指针发生了如下的变化:

算法入门题:如何反转一个单向链表?

这里可以看到 head 引用的 next 指向已经发生的反转变化 ,这一步也是反转链表最重要的一步

后面第三步,第四步就是移动 preNode,head 指针,准备为下一次元素反转做准备了

第三步代码:

pre = head;

如图:

算法入门题:如何反转一个单向链表?

这时候 preNode 已经跟 head 头指针指向同一个节点,准备为下一次反转做准备

第四步代码:

head = next;

看到这里大家发现 nextNode 指针其实作用不大,就是帮助 head 同学临时占一个位置的,反转指针主要依靠 preNode 和 head,反转完成后如何:

算法入门题:如何反转一个单向链表?

执行到这里,元素 1 已经被反转过来的,只需要将以上四步执行 N 次,就可以将一个长度为 N 的链表全部反转,所以这套解法的时间复杂度就是 O(n),最后只要提交代码,你就能打败全国 90%的对手,不信的话可以打开 LeetCode 提交一下代码 (●—●)

算法入门题:如何反转一个单向链表?

总结

这道题非常简单,如果你是老手的话就当帮你回顾一下反转链表的解题思路,如果你是新手的话说不定能帮忙打开算法世界的大门,觉得文章不错的话,可以分享给朋友,最后再留一个问题,可以思考一下:

  • 为什么最终返回的指针是 preNode, 而不是 head ?
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