【数据结构-链表-01】反转链表

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反转链表-力扣 206 题

给你单链表的头节点 head ，请你反转链表，并返回反转后的链表。

输入：head = [1,2,3,4,5]
输出：[5,4,3,2,1]

输入：[1,2]
输出：[2,1]

输入：[]
输出：[]

1.解法一

题解:

class Solution:
    def reverseList(self, head: Optional[ListNode]) -> Optional[ListNode]:
        """
        反转链表:定义前节点和当前节点
        :param head:
        :return:
        """
        pre, curr = None, head
        while curr is not None:
            next = curr.next
            curr.next = pre
            pre = curr
            curr = next
        return pre

2.解法二

构造一个新链表，从旧链表依次拿到每个节点，创建新节点添加至新链表头部，完成后新链表即是倒序的

评价：简单直白，就是得新创建节点对象

// 创建新节点
public ListNode reverseList(ListNode o1) {
    //创建新的链表空节点
    ListNode n1 = null;
    //设置临时节点,把o1指向p
    ListNode p = o1;
    while (p != null) {
        //创建节点,新节点的下一个节点是新链表,并重置新链表的头部
        n1 = new ListNode(p.val, n1);
        //移动旧链表的位置
        p = p.next;
    }
    //因为重置了n1,直接返回n1
    return n1;
}

3.解法三

与方法 2 类似，构造一个新链表，从旧链表头部移除节点，添加到新链表头部，完成后新链表即是倒序的，区别在于原题目未提供节点外层的容器类，这里提供一个，另外一个区别是并不去构造新节点

评价：更加面向对象，如果实际写代码而非刷题，更多会这么做

// 设计一个List
public ListNode reverseList(ListNode head) {
    //旧链表
    List o1 = new List(head);
    //新链表
    List n1 = new List(null);
    while (true) {
        //不断取旧链表的第一个元素
        final ListNode listNode = o1.removeFirst();
        //如果旧链表为空，则跳出循环
        if (listNode == null) {
            break;
        }
        //将旧链表的第一个元素添加到新链表的头部
        n1.addFirst(listNode);
    }
    return n1.head;
}

static class List {
    ListNode head;

    public List(ListNode head) {
        this.head = head;
    }


    /**
     * 添加到头节点
     *
     * @param first
     */
    public void addFirst(ListNode first) {
        //头节点的下一个节点是head
        first.next = head;
        //重置head
        head = first;
    }

    /**
     * 删除头节点
     *
     * @return
     */
    public ListNode removeFirst() {
        //此时的head是旧链表的head,需要截断头节点,并返回完整的节点
        ListNode first = head;
        if (first != null) {
            head = first.next;
        }
        return first;
    }
}

4.解法四

递归，在递归时让 $5\to 4$，$4\to 3$ …

首先，写一个递归方法，返回值用来拿到最后一个节点

• 注意 1：递归终止条件是 curr.next == null，目的是到最后一个节点就结束递归，与之前递归遍历不一样
• 注意 2：需要考虑空链表即 p == null 的情况

下面为伪码调用过程，假设节点分别是 $1\to 2\to 3\to 4\to 5\to null$，先忽略返回值

reverseList(ListNode p = 1) {
    reverseList(ListNode p = 2) {
    	reverseList(ListNode p = 3) {
    		reverseList(ListNode p = 4) {
    			reverseList(ListNode p = 5) {
    				if (p == null || p.next == null) {
                        return p; // 返回5
                    }
				}
                // 此时p是4, p.next是5
			}
            // 此时p是3, p.next是4
		}
        // 此时p是2, p.next是3
	}
    // 此时p是1, p.next是2
}

接下来，从 p = 4 开始，要让 $5\to 4$，$4\to 3$ …

reverseList(ListNode p = 1) {
    reverseList(ListNode p = 2) {
    	reverseList(ListNode p = 3) {
    		reverseList(ListNode p = 4) {
    			reverseList(ListNode p = 5) {
    				if (p == null || p.next == null) {
                        return p; // 返回5
                    }
				}
                // 此时p是4, p.next是5, 要让5指向4,代码写成 p.next.next=p
                // 还要注意4要指向 null, 否则就死链了
			}
            // 此时p是3, p.next是4
		}
        // 此时p是2, p.next是3
	}
    // 此时p是1, p.next是2
}

最终解法

//递归
public ListNode reverseList(ListNode p) {
    if (p == null || p.next == null) {
        return p; // 最后节点
    }
    ListNode last = reverseList(p.next);
    //这里最后一个节点是倒数第二个节点
    p.next.next = p;
    //防止死循环,环形链表
    p.next = null;
    return last;
}

5.解法五

从链表每次拿到第二个节点，将其从链表断开，插入头部，直至它为 null 结束

1. 设置指针 o1(旧头)、n1(新头)、o2(旧老二)，分别指向第一，第一，第二节点

$\frac{n1o1}{1}\to \frac{o2}{2}\to 3\to 4\to 5\to null$

2. 将 o2 节点从链表断开，即 o1 节点指向第三节点

$ \frac{n1 \ o1}{1} \rightarrow 3 \rightarrow 4 \rightarrow 5 \rightarrow null$ ，$\frac{o2}{2}$

3. o2 节点链入链表头部，即

$\frac{o2}{2}\to \frac{n1o1}{1}\to 3\to 4\to 5\to null$

4. n1 指向 o2

$\frac{n1o2}{2}\to \frac{o1}{1}\to 3\to 4\to 5\to null$

5. o2 指向 o1 的下一个节点，即

$\frac{n1}{2}\to \frac{o1}{1}\to \frac{o2}{3}\to 4\to 5\to null$

6. 重复以上 $2\sim 5$ 步，直到 o2 指向 null

7. 还应当考虑边界条件，即链表中不满两个元素时，无需走以上逻辑

/**
 * 不断把 o2 头插入 n1
 *
 * @param o1
 * @return
 */
public ListNode reverseList(ListNode o1) {
    // 1. 空链表  2. 一个元素
    if (o1 == null || o1.next == null) {
        return o1;
    }
    ListNode o2 = o1.next;
    //新链表的指针
    ListNode n1 = o1;
    while (o2 != null) {
        //旧链表移动一位
        o1.next = o2.next;
        //取出的数据的下一个节点指向新链表的头结点
        o2.next = n1;
        //重置n1
        n1 = o2;
        //重置o2
        o2 = o1.next;
    }
    return n1;
}

6.解法六

要点：把链表分成两部分，思路就是不断从链表 2 的头，往链表 1 的头搬移

1. n1 指向 null，代表新链表一开始没有元素，o1 指向原链表的首节点

$\frac{n1}{null}$，$\frac{o1}{1}\to 2\to 3\to 4\to 5\to null$

2. 开始循环，o2 指向原链表次节点

$\frac{n1}{null}$，$\frac{o1}{1}\to \frac{o2}{2}\to 3\to 4\to 5\to null$

3. 搬移

$\frac{o1}{1}\to \frac{n1}{null}$ ， $\frac{o2}{2}\to 3\to 4\to 5\to null$

4. 指针复位

$\frac{n1}{1}\to null$ ， $\frac{o1o2}{2}\to 3\to 4\to 5\to null$

5. 重复 $2\sim 4$ 步
6. 当 o1 = null 时退出循环

//不断把 o1 头插到 n1
public ListNode reverseList(ListNode o1) {
    if (o1 == null || o1.next == null) {
        return o1;
    }
    //创建空链表
    ListNode n1 = null;
    while (o1 != null) {
        ListNode o2 = o1.next;
        //取出节点后指向新节点
        o1.next = n1;
        //重置n1
        n1 = o1;
        //重置o1
        o1 = o2;
    }
    return n1;
}

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