两两交换链表中的结点：LeetCode 24

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2023-09-15 13:20:22

两两交换链表中的结点：理解和实现

在数据结构中，链表是一种广泛使用的线性数据结构，它将数据存储在相互连接的结点序列中。这些结点由一个存储元素的值以及指向下一个结点的指针组成。链表在解决各种计算问题中发挥着至关重要的作用，例如存储有序数据和高效查找。

本文将深入探讨两两交换链表中的结点 的任务，这是一个经典的链表操作问题，要求我们将链表中相邻的两个结点进行交换，直至链表末尾。我们将探索该问题的两个有效方法：递归和迭代，并为每个方法提供清晰的代码实现和详细的解释。

理解问题

给定一个单链表，两两交换其中相邻的结点。例如，对于链表 [1, 2, 3, 4, 5, 6]，交换后的链表应为 [2, 1, 4, 3, 6, 5].

递归方法

递归是一种强大且优雅的问题解决技术，它通过不断将问题分解成更小的子问题来求解。

代码实现

def pairwise_swap_recursive(head):
    """
    递归交换链表中相邻的结点。

    参数：
    head: 链表头结点

    返回：
    交换后的链表头结点
    """

    # 基本情况：空链表或只有一个结点
    if not head or not head.next:
        return head

    # 交换头结点和下一个结点
    first, second = head, head.next
    first.next = pairwise_swap_recursive(second.next)
    second.next = first

    return second

代码解析

递归基例：如果链表为空或只有一个结点，则返回头结点，表示没有结点需要交换。
递归步骤：
- 将头结点 head 和下一个结点 second 交换。
- 将 head 的下一个指针指向递归调用以交换 second.next 后返回的子链表。
- 将 second 的下一个指针指向交换后的 head。

迭代方法

迭代是一种逐个遍历数据结构并逐步修改它的技术。

代码实现

def pairwise_swap_iterative(head):
    """
    迭代交换链表中相邻的结点。

    参数：
    head: 链表头结点

    返回：
    交换后的链表头结点
    """

    # 记录前驱结点，用于连接交换后的结点
    prev = None

    # 遍历链表
    while head and head.next:
        # 交换头结点和下一个结点
        first, second = head, head.next
        if prev:
            prev.next = second
        prev = first
        first.next = second.next
        second.next = first
        head = second

    return head

代码解析

初始化前驱结点 prev 为 None.
遍历链表：
- 将头结点 head 和下一个结点 second 交换。
- 如果 prev 不为空，将 prev.next 指向交换后的 second.
- 将 prev 更新为交换后的 first.
- 将 first 的下一个指针指向交换后的 second.
- 将 second 的下一个指针指向交换后的 first.
- 将 head 更新为交换后的 second.