基于递归翻转法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）。示例如下：

输入：head = [1,2,3,4]
输出：[2,1,4,3]

解决思路

• 两两交换链表中的节点，即两个节点作为一组进行交换，依次下去直到结束。
• 两个节点作为一组进行交换，即k个一组翻转单链表中k等于2的特殊情况。k个一组翻转单链表方法见如下博文：参考这里
• 综上，两两交换链表中的节点即k个一组翻转单链表中k=2的情况。

代码

• C++代码

# include 

struct ListNode {
    int val;
    ListNode *next;
    ListNode(): val(0), next(nullptr) {}
    ListNode(int val): val(val), next(nullptr) {}
    ListNode(int val, ListNode *next): val(val), next(next) {}
};


class Solution {
public:
    // 真正进行链表反转的操作（递归法反转单链表）
    ListNode *trueReverseN(ListNode *head, int k) {
        if (nullptr == head || nullptr == head->next || 0 == k || 1 == k) {
            return head;
        }

        ListNode *cur = head->next;     // 指向头节点的下一个节点
        ListNode *pre;                  // pre指向反转后链表的头结点
        pre = trueReverseN(cur, k - 1); // 先递归到链表的最后一个节点。
        head->next = cur->next;         // 然后改变指针的指向。
        cur->next = head;
        cur = cur->next;
        return pre;
    }

    // 先判断链表的长度够不够k个节点，如果够再进行反转。
    ListNode *reverseN(ListNode *head, int k) {
        if (nullptr == head || nullptr == head->next || 0 == k || 1 == k) {
            return head;
        }

        int cnt = k;
        ListNode *p = head;
        // 判断链表的长度够不够k个节点。
        while (--k && p) {
            p = p->next;
        }

        if (nullptr == p) {     // 说明不够k个节点
            return head;
        }

        // 当链表节点够k个节点时，才进行真正的反转链表的操作。
        return trueReverseN(head, cnt);
    }


    ListNode* swapPairs(ListNode* head) {
        if (nullptr == head || nullptr == head->next) {
            return head;
        }

        int k = 2;
        ListNode ret(0, head);  // 虚拟头节点
        ListNode *p = &ret;     // 初始时刻将指针p指向虚拟头节点，p节点的下一个节点即要进行反转部分链表的第一个节点。
        ListNode *q = p->next;  // 初始时刻q指针指向要进行反转部分链表的第一个节点，反转后q指针指向反转部分链表的尾结点。

        // (p->next = reverseN(q, k)) != q：如果反转后返回的节点不为q节点，则说明反转成功。
        // 循环调用“递归法反转链表”
        while ((p->next = reverseN(q, k)) != q) {
            p = q;
            q = q->next;
        }
        return ret.next;
    }
};


int main() {
    ListNode *a = new ListNode(1);
    ListNode *b = new ListNode(2);
    ListNode *c = new ListNode(3);
    ListNode *d = new ListNode(4);
    ListNode *head = a;

    a->next = b;
    b->next = c;
    c->next = d;

    printf("before reverse: ");
    while (head) {
        printf("%d ", head->val);
        head = head->next;
    }
    printf("\n");

    head = a;
    int k = 2;
    Solution *solution = new Solution();
    ListNode *ret = solution->swapPairs(head);

    printf("after rverse: ");
    while (ret) {
        printf("%d ", ret->val);
        ret = ret->next;
    }

    return 0;
}

• python代码

# -*- coding: utf-8 -*-

class ListNode:
    def __init__(self, val=0, next=None):
        self.val = val
        self.next = next


class Solution:
    # 真正进行链表反转的操作（递归法反转单链表）。
    def trueReverseN(self, head: ListNode, k: int) -> ListNode:
        if not head or not head.next or 0 == k or 1 == k:
            return head

        cur: ListNode = head.next       # 指向头节点的下一个节点。
        # pre指向反转后链表的头结点。
        # 先递归到链表的最后一个节点。
        # 然后改变指针的指向。
        pre: ListNode = self.trueReverseN(cur, k - 1)
        head.next = cur.next
        cur.next = head
        cur = cur.next
        return pre

    # 先判断链表的长度够不够k个节点，如果够再进行反转。
    def reverseN(self, head: ListNode, k: int) -> ListNode:
        if not head or not head.next or 0 == k or 1 == k:
            return head

        cnt: int = k
        p: ListNode = head

        # 判断链表的长度够不够k个节点。
        while k > 1 and p:
            p = p.next
            k -= 1
        # 说明不够k个节点
        if not p:
            return head

        # 当链表节点够k个节点时，才进行真正的反转链表的操作。
        return self.trueReverseN(head, cnt)

    def swapPairs(self, head: ListNode) -> ListNode:
        if not head or not head.next:
            return head

        k: int = 2
        ret: ListNode = ListNode(0, head)       # 虚拟头节点
        p: ListNode = ret       # 初始时刻将指针p指向虚拟头节点，p节点的下一个节点即要进行反转部分链表的第一个节点。
        q: ListNode = p.next    # 初始时刻q指针指向要进行反转部分链表的第一个节点，反转后q指针指向反转部分链表的尾结点。

        # (p->next = reverseN(q, k)) != q：如果反转后返回的节点不为q节点，则说明反转成功。
        # 循环调用“递归法反转链表”
        while True:
            p.next = self.reverseN(q, k)
            if p.next != q:
                p = q
                q = q.next
            else:
                break

        return ret.next


def main():
    a: ListNode = ListNode(1)
    b: ListNode = ListNode(2)
    c: ListNode = ListNode(3)
    d: ListNode = ListNode(4)
    head: ListNode = a

    a.next = b
    b.next = c
    c.next = d

    print("before reverse: ", end=' ')
    while head:
        print(head.val, end=' ')
        head = head.next
    print()

    head = a
    solution: Solution = Solution()
    ret: ListNode = solution.swapPairs(head)

    print("after reverse: ", end='')
    while ret:
        print(ret.val, end=' ')
        ret = ret.next


if __name__ == "__main__":
    main()

说明

• 对应LeetCode第24题。
• 链接：https://leetcode-cn.com/problems/swap-nodes-in-pairs/