[Python] 反转链表相关技巧_反转链表python

前言 

给定一个单链表的头结点pHead(该头节点是有值的，比如在下图，它的val是1)，长度为n，反转该链表后，返回新链表的表头。

要求：空间复杂度 O(1)O(1) ，时间复杂度 O(n)O(n) 。

输入：

{1,2,3}

返回值：

{3,2,1}

先来看最基本的反转链表代码：

# -*- coding:utf-8 -*-
# class ListNode:
#     def __init__(self, x):
#         self.val = x
#         self.next = None
class Solution:
    # 返回ListNode
    def ReverseList(self, pHead):
        # write code here
        cur = pHead
        pre = None
        while cur:
            nextNode = cur.next
            cur.next = pre
            pre = cur
            cur = nextNode
        return pre

关键公式

抓住几个关键点：

• cur：原链表的头节点，在反转结束时，cur指向pre的下一个节点
• pre：原链表的尾节点，也就是反转后链表的头节点。最终返回的是pre。
• while cur：表示反转循环的条件，这里是判断cur是否为空。也可以根据题目的条件改成其他循环条件
• 反转链表的尾节点，这里的尾节点是None，后面会提到显式指定。

对于反转链表的问题，抓住原链表的头节点、原链表的尾节点、反转循环条件、反转链表的尾节点这几个主要角色，基本没什么问题。

接下来，举两个例子：

链表内指定区间反转

链表中的节点每k个一组翻转

链表内指定区间反转

将一个节点数为 size 链表 m 位置到 n 位置之间的区间反转，要求时间复杂度 O(n)，空间复杂度 O(1)。

要求：时间复杂度 O(n) ，空间复杂度 O(n)

进阶：时间复杂度 O(n)，空间复杂度 O(1)

输入：

{1,2,3,4,5},2,4

返回值：

{1,4,3,2,5}

套用公式

这道题目和baseline的区别是，是将对整个链表的反转改成链表 m 位置到 n 位置之间的区间反转，来套一下公式：

• 原链表的头节点：cur：从head出发，再走m-1步，到达cur
• 原链表的尾节点：pre：cur前面的节点
• 反转循环条件：for i in range(n,m)
• 反转链表的尾节点：需要保存下从head出发，再走m-1步，到达cur时，此时pre的位置 prePos。prePos.next是反转链表的尾节点

和前面的比，需要额外注意下：

• 需要保存下从head出发，再走m-1步，到达cur时，此时pre的位置 prePos。在反转循环结束后，再进行穿针引线
• 由于不是对整个链表进行反转，最好新建虚拟头节点dummpyNode，dummpyNode.next指向整个链表

代码实现

先看下套公式部分的代码：

# 找到pre和cur
i = 1
while i<m:
    pre = cur
    cur = cur.next
    i = i+1
 
# 在指定区间内反转
preHead = pre
while i<=n:
    nextNode = cur.next
    cur.next = pre
    pre = cur
    cur = nextNode
    i = i+1
 

 穿针引线部分代码：

nextNode = preHead.next
preHead.next = pre
if nextNode:
    nextNode.next = cur
 

完整代码：

class ListNode:
    def __init__(self, x):
        self.val = x
        self.next = None
 
class Solution:
    def reverseBetween(self , head , m , n ):
        # write code here
        dummpyNode = ListNode(-1)
        dummpyNode.next = head
        pre = dummpyNode
        cur = head
 
        i = 1
        while i<m:
            pre = cur
            cur = cur.next
            i = i+1
 
        preHead = pre
        while i<=n:
            nextNode = cur.next
            cur.next = pre
            pre = cur
            cur = nextNode
            i = i+1
        
        nextNode = preHead.next
        preHead.next = pre
        if nextNode:
            nextNode.next = cur
 
        return dummpyNode.next

链表中的节点每k个一组翻转

将给出的链表中的节点每 k 个一组翻转，返回翻转后的链表
如果链表中的节点数不是 k 的倍数，将最后剩下的节点保持原样
你不能更改节点中的值，只能更改节点本身。

要求空间复杂度 O(1)，时间复杂度 O(n)

输入：

{1,2,3,4,5},2

返回值：

{2,1,4,3,5}

套用公式

这道题目和baseline的区别是，是将对整个链表的反转改成每k个一组反转，如果节点数不是k的倍数，剩下的节点保持原样。先分段来看，假设面对位置1-位置k的链表：

• 原链表的头节点：cur：从head出发，再走k-1步，到达cur
• 原链表的尾节点：pre：cur前面的节点
• 反转循环条件：for i in range(1,k)
• 反转链表的尾节点：先定义tail=head，等反转完后tail.next就是反转链表的尾节点

 先看下套公式部分的代码：

pre = None
cur = head
tail = head
 
 
i = 1
while i<=k:
    nextNode = cur.next
    cur.next = pre
    pre = cur
    cur = nextNode
    i = i+1

这样，我们就得到了1 位置1-位置k的反转链表。

此时：

• pre：指向反转链表的头节点
• cur：位置k+1的节点，下一段链表的头节点
• tail：反转链表的尾节点

那么，得到位置k+1-位置2k的反转链表，就可以用递归的思路，用tail.next=reverse(cur，k)

需要注意：如果链表中的节点数不是 k 的倍数，将最后剩下的节点保持原样

i = 1
tmp = cur
while i<=k:
    if tmp:
        tmp = tmp.next
    else:
        return head
    i = i+1

代码实现

完整代码：

class ListNode:
    def __init__(self, x):
        self.val = x
        self.next = None
 
class Solution:
    def reverseKGroup(self , head , k ):
       
        # write code here
        return self.reverse(head, k )
    
    def reverse(self , head , k ):
        pre = None
        cur = head
        tail = head
 
        i = 1
        tmp = cur
        while i<=k:
            if tmp:
                tmp = tmp.next
            else:
                return head
            i = i+1
        
        i = 1
        while i<=k:
            nextNode = cur.next
            cur.next = pre
            pre = cur
            cur = nextNode
            i = i+1
 
        tail.next = self.reverse(cur, k)
        return pre

总结

抓住几个关键点：

• cur：原链表的头节点，在反转结束时，cur指向pre的下一个节点
• pre：原链表的尾节点，也就是反转后链表的头节点。最终返回的是pre。
• while cur：表示反转循环的条件，这里是判断cur是否为空。也可以根据题目的条件改成其他循环条件
• 反转链表的尾节点，这里的尾节点是None，后面会提到显式指定。

想清楚这几个关键点都是如何定义的，基本题目都可以迎刃而解啦。