算法入門題:如何反轉一個單向鏈表?


最近在 LeetCode 上面玩 鏈表 類型的題目,所以打算寫一篇文章,分享一下在做鏈表類型題目的心得。

眾所周知,玩鏈表就是玩指針,今天跟大家講解一個鏈表的入門題目,如何反轉一個單向鏈表 也是 LeetCode #206 是很熱門的一道編程題 LC#206 Reverse Linked List ,如圖:

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解題理論:

想要反轉一個單向鏈表,除了當前的 head 指針外,我們還另外需要兩個輔助指針:

  • preNode 用於保存上一個引用的指針
  • nextNode 用於保存下一個引用的指針

不管你使用什么編程語言,反轉鏈表的公式都是一樣的,主要分為以下四步:

  1. 將當前 head 引用的 next 引用傳遞給 nextNode
  2. 將當前 preNode 引用賦值給 head.next 實現反轉(重要)
  3. 移動 preNode 指針,准備進行下一次反轉
  4. 移動 head 指針,准備進行下一次反轉

使用 Java 語言表示的代碼如下:

    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;
    }

因為動態語言允許交叉賦值,所以使用動態語言反轉鏈表就更加的簡單,代碼如下:

  def reverse_list(head)
      while(head != nil) 
          cur_next, head.next, pre = head.next, pre, head
          head = cur_next
      end
      pre
  end
圖解數據結構

上面代碼和文字描述看上去可能不太直觀,我們下面通過圖文的形式展示一個單向鏈表是如何被反轉的

單向鏈表的初始狀態:

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然后我們第一步,開始初始化指針,

ListNode next, pre = null

然后,執行第一步切換指引的代碼:

next = head.next;

這時候鏈表和指針的位置改變如下圖:

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當執行第二步代碼:

head.next = pre;

這時候鏈表內的指針發生了如下的變化:

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這里可以看到 head 引用的 next 指向已經發生的反轉變化 ,這一步也是反轉鏈表最重要的一步

后面第三步,第四步就是移動 preNode,head 指針,准備為下一次元素反轉做准備了

第三步代碼:

pre = head;

如圖:

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這時候 preNode 已經跟 head 頭指針指向同一個節點,准備為下一次反轉做准備

第四步代碼:

head = next;

看到這里大家發現 nextNode 指針其實作用不大,就是幫助 head 同學臨時占一個位置的,反轉指針主要依靠 preNode 和 head,反轉完成后如何:

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執行到這里,元素 1 已經被反轉過來的,只需要將以上四步執行 N 次,就可以將一個長度為 N 的鏈表全部反轉,所以這套解法的時間復雜度就是 O(n),最后只要提交代碼,你就能打敗全國 90%的對手,不信的話可以打開 LeetCode 提交一下代碼 (●—●)

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總結

這道題非常簡單,如果你是老手的話就當幫你回顧一下反轉鏈表的解題思路,如果你是新手的話說不定能幫忙打開算法世界的大門,覺得文章不錯的話,可以分享給朋友,最后再留一個問題,可以思考一下:

  • 為什么最終返回的指針是 preNode, 而不是 head ?


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