算法基础入门-LeetCode-206.反转链表

2024-02-16 22:08:00

在算法学习的初期，我们经常会遇到一个看似简单却蕴含着不少技巧的问题——反转链表。这个问题不仅是链表操作的基础，更是理解指针操作和递归思想的绝佳案例。很多初学者在面对这个问题时，可能会感到有些困惑，不知道该如何下手。别担心，接下来我们会一步步解析反转链表的思路，并用通俗易懂的语言和代码示例来帮助你彻底掌握它。

链表作为一种重要的数据结构，在实际应用中十分广泛。它不像数组那样需要连续的内存空间，而是通过指针将一个个节点连接起来，形成一个链式结构。每个节点通常包含两部分：数据域和指针域。数据域存储节点的值，而指针域则指向下一个节点的地址。

反转链表，顾名思义，就是将链表中节点的顺序翻转过来。举个例子，如果原本的链表是 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5，那么反转后就变成了 5 -> 4 -> 3 -> 2 -> 1。

那么，我们该如何实现链表的反转呢？

一种常用的方法是迭代法。我们可以设置三个指针：prev、curr 和 next。prev 指向前一个节点，curr 指向当前节点，next 指向下一个节点。

初始状态下，prev 指向 None，curr 指向链表的头节点，next 指向 curr 的下一个节点。

然后，我们开始循环遍历链表。在每次循环中，我们需要进行以下操作：

将 curr 的 next 指针指向 prev，也就是将当前节点的指针指向前一个节点。
将 prev 指针移动到 curr，也就是将前一个节点指针后移。
将 curr 指针移动到 next，也就是将当前节点指针后移。
将 next 指针移动到 curr 的下一个节点，也就是将下一个节点指针后移。

重复以上步骤，直到 curr 指针为空，也就是遍历完整个链表。最后，prev 指针就指向了反转后链表的头节点。

下面是用 Python 代码实现的迭代法反转链表：

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

def reverseList(head):
    prev = None
    curr = head
    while curr:
        next = curr.next  # 保存下一个节点
        curr.next = prev  # 反转指针
        prev = curr  # 前一个节点后移
        curr = next  # 当前节点后移
    return prev  # 返回新的头节点

除了迭代法，我们还可以使用递归的方法来反转链表。递归的思路是：先反转链表的剩余部分，然后将当前节点连接到反转后的链表的尾部。

下面是用 Python 代码实现的递归法反转链表：

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

def reverseList(head):
    if not head or not head.next:  # 递归终止条件：空链表或只有一个节点
        return head
    new_head = reverseList(head.next)  # 反转剩余部分
    head.next.next = head  # 将当前节点连接到反转后的链表尾部
    head.next = None  # 断开当前节点与后续节点的连接
    return new_head  # 返回新的头节点