Problem: 24. 两两交换链表中的节点
题目:给你一个链表,两两交换其中相邻的节点,并返回交换后链表的头节点。你必须在不修改节点内部的值的情况下完成本题(即,只能进行节点交换)。
文章目录
- 整体思路
- 完整代码
- 时空复杂度
- 时间复杂度:O(N)
- 空间复杂度:O(1)
整体思路
这段代码旨在解决一个经典的链表操作问题:两两交换链表中的节点 (Swap Nodes in Pairs)。问题要求将链表中每两个相邻的节点进行交换,并返回交换后的链表。例如,1->2->3->4
应变为 2->1->4->3
。
该算法采用了一种 迭代 的方法,通过精心设计的指针操作来完成节点的交换。为了简化边界情况(特别是头节点的交换),它也巧妙地运用了 哨兵节点 (Sentinel Node)。
其核心逻辑步骤如下:
-
初始化:
- 哨兵节点:创建一个
dummy
节点,其next
指向原始链表的头节点head
。这使得对第一对节点的交换与其他节点的交换逻辑完全统一。 - 指针设置:
left
指针:初始化为dummy
。这个指针将始终指向待交换的一对节点的前一个节点。它的作用是连接上一组交换好的部分和当前正在交换的部分。right
指针:初始化为head
。这个指针将始终指向待交换的一对节点中的第一个节点。
- 哨兵节点:创建一个
-
迭代交换:
- 算法使用一个
while
循环来遍历并交换节点对。 - 循环条件:
while (null != right && null != right.next)
。这个条件确保了至少还有一对完整的节点(right
和right.next
)可供交换。如果链表为空、只有一个节点,或者只剩最后一个节点,循环都不会执行。 - 在循环内部(核心交换逻辑):
- 假设当前结构是
... -> left -> right -> right.next -> ...
。目标是变为... -> left -> right.next -> right -> ...
。 left.next = right.next;
:首先,将left
的next
指针指向right
的下一个节点。这是将交换后的新“头”节点连接到前面的链表上。right.next = right.next.next;
:接着,将right
的next
指针指向它原来下一个节点的下一个节点,即跳过中间的节点。left.next.next = right;
:最后,将原来right.next
的next
指针指向right
,完成两个节点的交换。
- 假设当前结构是
- 指针前移:
left = right;
:完成一对交换后,right
节点现在是这一对中的第二个(在后面)。我们需要为下一轮交换做准备,所以将left
指针移动到right
的位置。right = left.next;
:将right
指针移动到下一对节点的第一个节点。
- 算法使用一个
-
返回结果:
- 循环结束后,所有节点对都已交换完毕。
dummy.next
指向了交换后链表的真正头节点,将其返回。
- 循环结束后,所有节点对都已交换完毕。
完整代码
/*** Definition for singly-linked list.*/
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 {/*** 两两交换链表中的节点。* @param head 原始链表的头节点* @return 交换后链表的头节点*/public ListNode swapPairs(ListNode head) {// 创建一个哨兵节点,简化头节点交换的逻辑。ListNode dummy = new ListNode(0, head);// left 指针指向待交换对的前一个节点。ListNode left = dummy;// right 指针指向待交换对的第一个节点。ListNode right = head;// 循环条件:确保至少还有一对完整的节点可以交换。while (null != right && null != right.next) {// 核心交换逻辑,可以想象为三步指针重定向:// 假设原始是: left -> n1 -> n2 -> ...// 其中 n1 是 right, n2 是 right.next// 1. left 的 next 指向 n2left.next = right.next;// 2. n1 的 next 指向 n2 原来的 nextright.next = right.next.next;// 3. n2 的 next 指向 n1left.next.next = right;// 交换后,链表变为: left -> n2 -> n1 -> ...// 为下一轮交换做准备,移动指针:// left 移动到 n1 的位置left = right;// right 移动到 n1 的下一个位置,即下一对的第一个节点right = left.next;}// 返回哨兵节点的下一个节点,即新链表的头。return dummy.next;}
}
时空复杂度
时间复杂度:O(N)
- 循环次数:
while
循环遍历整个链表。right
指针每次前进两步(逻辑上)。整个链表被扫描了一次。 - 每次操作:在循环的每一次迭代中,执行的都是常数次(固定次数)的指针赋值操作。
综合分析:
算法的时间复杂度与链表的长度 N
成线性关系。因此,时间复杂度为 O(N)。
空间复杂度:O(1)
- 主要存储开销:算法只创建了
dummy
,left
,right
等几个额外的指针变量。 - 空间大小:这些变量的数量是固定的,与输入链表的长度
N
无关。
综合分析:
算法没有使用任何与输入规模成比例的额外数据结构。因此,其额外辅助空间复杂度为 O(1)。这是一个高效的原地算法。