超越常规，高效反转链表Ⅱ：解析算法与数据结构之精妙关联

2023-12-22 23:25:31

反转链表Ⅱ，作为算法与数据结构领域备受关注的课题之一，因其独到的算法设计和精妙的数据结构应用，而成为计算机科学学习中的重点难点。本文将对反转链表Ⅱ算法与数据结构之间的关联进行深入解析，旨在帮助读者从更深层次理解算法的本质，领略算法与数据结构之间的微妙联系。同时，还将详细讲解LeetCode原题——反转链表Ⅱ的要求，并提供清晰易懂的解决方案，为读者搭建起算法实现的桥梁。

算法分析

反转链表Ⅱ算法的核心思想在于，以目标节点为分界点，将链表分为前后两部分，分别反转，再将两部分重新连接起来。具体步骤如下：

找到目标节点的前驱节点，并将其断开。
将目标节点及其后的所有节点反转。
将反转后的链表与前驱节点连接起来。

该算法的时间复杂度为O(n)，其中n为链表的长度，因为算法需要遍历整个链表一次。空间复杂度为O(1)，因为算法不需要额外空间来存储数据。

数据结构应用

反转链表Ⅱ算法中，数据结构的应用主要体现在链表的反转上。链表的反转有多种方法，其中最常见的方法是递归反转和迭代反转。

递归反转是利用链表的递归结构，将反转问题分解为多个子问题，每个子问题都是反转一个较小的链表。具体步骤如下：

如果链表为空或者只有一个节点，则直接返回。
否则，将链表的头节点作为新的尾节点，并将链表的剩余部分反转。
将反转后的链表与新的尾节点连接起来。

迭代反转是利用链表的迭代结构，通过循环的方式来反转链表。具体步骤如下：

设置一个指针指向链表的头节点。
循环遍历链表，并将当前节点的next指针指向其前驱节点。
将当前节点的next指针指向头节点。
将当前节点作为新的头节点。

LeetCode原题与解决方案

LeetCode原题——反转链表Ⅱ的题目要求是：给你单链表的头指针 head 和两个整数 left 和 right ，其中 left <= right 。请你反转从位置 left 到位置 right 的链表节点，返回反转后的链表。

题目地址：https://leetcode-cn.com/problems/reverse-linked-list-ii/

Python解决方案：

def reverseBetween(head, left, right):
    if not head or left == right:
        return head

    dummy = ListNode(0, head)
    pre = dummy
    for _ in range(left - 1):
        pre = pre.next

    start = pre.next
    end = start.next

    for _ in range(right - left):
        temp = end.next
        end.next = start
        start = end
        end = temp

    pre.next.next = end
    pre.next = start

    return dummy.next

Java解决方案：

public ListNode reverseBetween(ListNode head, int left, int right) {
    if (head == null || left == right) {
        return head;
    }

    ListNode dummy = new ListNode(0, head);
    ListNode pre = dummy;
    for (int i = 1; i < left; i++) {
        pre = pre.next;
    }

    ListNode start = pre.next;
    ListNode end = start.next;

    for (int i = left; i < right; i++) {
        ListNode temp = end.next;
        end.next = start;
        start = end;
        end = temp;
    }

    pre.next.next = end;
    pre.next = start;

    return dummy.next;
}

C++解决方案：

ListNode* reverseBetween(ListNode* head, int left, int right) {
    if (head == nullptr || left == right) {
        return head;
    }

    ListNode dummy(0, head);
    ListNode* pre = &dummy;
    for (int i = 1; i < left; i++) {
        pre = pre->next;
    }

    ListNode* start = pre->next;
    ListNode* end = start->next;

    for (int i = left; i < right; i++) {
        ListNode* temp = end->next;
        end->next = start;
        start = end;
        end = temp;
    }

    pre->next->next = end;
    pre->next = start;

    return dummy.next;
}

JavaScript解决方案：

const reverseBetween = (head, left, right) => {
    if (!head || left === right) {
        return head;
    }

    let dummy = new ListNode(0, head);
    let pre = dummy;
    for (let i = 1; i < left; i++) {
        pre = pre.next;
    }

    let start = pre.next;
    let end = start.next;

    for (let i = left; i < right; i++) {
        const temp = end.next;
        end.next = start;
        start = end;
        end = temp;
    }

    pre.next.next = end;
    pre.next = start;

    return dummy.next;
};