Smaller And Smarter Python数据结构：链表逆转
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这两天和几个朋友组了个互相督促学习群，想着督促一下自己学习，也督促自己的原创输出，其实很多时候都是懒，真不是没有东西可以写了，这不，我在我的免费知识星球简说编程里开了个新的标签日常编程问题，后面我会把自己学习工作中遇到的一些问题和解决方法记录到里面，有些可以扩展的点，我会写到微信公众号里。
我简单写了个规则，大家说可以，然后，我们就开始吧，我习惯把该做的事情提前一天做（如果有时间的话）。
今天给大家分享的书籍《Python程序员面试算法宝典》第一章第一小节：链表逆转。
正文开始前请大家和我一起读一遍：
Python里是没有指针这种数据结构的。
初学者可能就有疑惑了，那Python里，指针是怎么来的呢？链表又是如何实现的呢？
# 链表数据结构定义
class ListNode:
def __init__(self, x):
self.data = x # 数据项
self.next = None # 指针项
如你所见，Python里的指针功能是通过引用来实现的，通过类来定义这样的一种数据结构，包含了数据项与指针项。（所谓引用，就是使用的是这个对象本身，包括地址，数据）
为了方便理解和学习，我们可以把引用就当作是指针。
接下来我们谈一下链表的优缺点：
链表是一种逻辑上相邻，物理上不一定相邻的数据结构。
优点：动态规划大小，方便添加、删除、插入。
缺点：只能顺序查找，查询效率低。
今日问题
"""
目标：写一段程序，让链表逆序
例如：
输入-> 1->2->3->4->5
输出-> 5->4->3->2->1
"""
"""
Goal: write a program to reverse the list
For example:
Input - > 1 - > 2 - > 3 - > 4 - > 5
Output - > 5 - > 4 - > 3 - > 2 - > 1
"""
首先我们写好链表的基本操作，在a_0_base.py文件中，目前包含对链表的定义类，初始化函数，遍历函数。（带头结点）
# -*- coding: utf-8 -*-
"""
@author = 老表
@date = 2019-10-19
@个人微信公众号 : 简说Python
"""
# 链表数据结构定义
class ListNode:
def __init__(self, x):
self.data = x
self.next = None
class ListOperation:
# 根据链表数据初始化链表
@staticmethod
def init_list(n_list):
# 初始化一个头指针
head = ListNode("head")
cur = head
for i in n_list:
node = ListNode(i)
cur.next = node
cur = node # 相当于 cur = cur.next，后移
return head
# 遍历链表
@staticmethod
def ergodic_list(head):
cur = head.next
while cur:
print(cur.data)
cur = cur.next
解题
开始程序前需提前导入前面写好的链表基本操作包a_0_base。
from Linked_list.a_0_base import ListOperation
"""
Method One : 递归逆转
核心思想：没次逆序链表时，都先逆序子链表，然后把第一个结点加到
逆序的链表之后，这样没错逆序链表都会产生一个子链表，直到递归到
尾结点，此时开始回溯，每次回溯，会完成一个子链的逆转，直到回溯
到头结点，设置头结点，逆转完成。
时间复杂度：O(N)
空间复杂度：O(1)
"""
def reverse_list_one(head):
"""
:type head: ListNode
:rtype: ListNode
"""
if not head.next: # 空链表或者遍历到最后一个结点
return head # 返回头结点或者开始回溯
head_node = reverse_list_one(head.next) # 递归，往后遍历
if head.data == "head": # 判断是不是头结点
head.next = head_node # 让头结点指向逆转后的第一个结点
return head # 返回头结点，逆转完成
head.next.next = head # 逆转：后面的数指向前面的数
head.next = None # 断开之前的链接
return head_node # 返回原链表尾结点
"""
Method Two ：就地逆转
核心思想：遍历链表，每次遍历都让当前结点指向前驱结点。
时间复杂度：O(N)
空间复杂度：O(1)
"""
def reverse_list_two(head):
"""
:type head: ListNode
:rtype: ListNode
"""
if not head.next: # 空链表或者遍历到最后一个结点
return head # 返回头结点
# 第一步：首结点变成逆转后尾结点
cur_node = head.next # 链表首结点
next_node = cur_node.next # 原链表第二个结点
cur_node.next = None # 断开原链表首结点与第二个结点链接
# 第二步：依次逆转后续结点
pre_node = cur_node # 记录前驱结点
cur_node = next_node # 后移一位
while cur_node.next:
next_node = cur_node.next # 记录后继结点
# 让当前结点指向前驱结点
cur_node.next = pre_node # 逆转
pre_node = cur_node # 前驱结点后移
cur_node = next_node # 链表后移，遍历
"""
注： 为什么这个地方当前结点后移不用
cur_node = cur_node.next
因为在前面的代码中，cur_node.next = pre_node，即cur_node 的后继结点已经改变
所以用next_node来标记逆转前的cur_node的后继结点
"""
# 第三步：头结点指向原链表尾结点，完成逆转
cur_node.next = pre_node # 此时的cur_node应该为：原链表尾结点，最后一次逆转
head.next = cur_node # 头结点指向尾结点，完成逆转
return head # 返回头结点
"""
Method Three ：插入逆转
核心思想：遍历链表，把遍历到的当前结点插入到头结点之后
这种方法应该是最好理解的。
时间复杂度：O(N)
空间复杂度：O(1)
"""
def reverse_list_three(head):
"""
:type head: ListNode
:rtype: ListNode
"""
if not head.next: # 空链表或者遍历到最后一个结点
return head # 返回头结点
# 第一步：设置尾结点
cur_node = head.next.next # 取出第二个结点
head.next.next = None # 令第一个结点指向None，即设置成尾结点
# 第二步：向后遍历，并把遍历到的结点插入到头结点后
while cur_node:
next_node = cur_node.next # 记录后继结点
cur_node.next = head.next
head.next = cur_node # 将当前结点插入到头结点后
cur_node = next_node # 链表后移，遍历
return head # 返回头结点
测试代码
# 当然，也许还有别的方法，比如建一个辅助的链表
# 欢迎你说出你的想法
# 程序入口，测试函数功能
if __name__ == "__main__":
s0 = ListOperation() # 初始化一个链表基本操作对象实例
list_data = [1, 2, 3, 4] # 链表初始化数据
head = s0.init_list(list_data) # 初始化链表，带头结点
s0.ergodic_list(head) # 未逆转前，遍历打印链表
head = reverse_list_one(head) # 测试方法一，逆转链表
# head = reverse_list_two(head) # 测试方法二，逆转链表
# head = reverse_list_three(head) # 测试方法三，逆转链表
print("---------------------")
s0.ergodic_list(head) # 逆转后，遍历打印链表
本文代码思路来自书籍《Python程序员面试宝典》，书中部分代码有问题，文中已经修改过了，并添加上了丰厚的注释，方便大家学习，后面我会把所有内容开源放到Github上，包括代码，思路，算法图解（手绘或者电脑画），时间充裕的话，会录制视频。
希望大家多多支持。
大家好，我是老表
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