LeetCode24:两两交换链表中的节点

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题目描述

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）。

输入：head = [1,2,3,4]
输出：[2,1,4,3]

示例 2：

输入：head = []
输出：[]

示例 3：

输入：head = [1]
输出：[1]

提示：

• 链表中节点的数目在范围 [0, 100] 内
• 0 <= Node.val <= 100

解题思路

• 定义节点：我们使用一个ListNode类表示单链表的节点，包含节点的值和指向下一个节点的指针。

• 边界条件：首先检查链表的头节点是否为空或只有一个节点。如果是，直接返回头节点，因为没有需要交换的节点。

• 创建虚拟头节点：使用一个虚拟头节点（dummy）来简化边界情况的处理，特别是处理链表的开头节点。

• 循环交换节点：使用一个指针tmp遍历链表，直到没有更多的节点可以交换：

  • 获取当前待交换的两个节点（n1和n2）。
  • 进行节点交换，将tmp.next指向n2，并调整n1和n2的next指针。
  • 更新tmp指向n1，为下一个交换做准备。

• 返回结果：最终返回虚拟头节点的下一个节点，即新的头节点。

源码实现

class Solution {
    public ListNode swapPairs(ListNode head) {
        // 检查链表是否为空或只有一个节点
        if (head == null || head.next == null) {
            return head; // 直接返回原链表
        }

        // 创建一个虚拟头节点，方便操作
        ListNode dummy = new ListNode(0);
        dummy.next = head; // 虚拟节点指向原链表的头
        ListNode tmp = dummy; // 用于遍历的指针

        // 遍历链表，直到没有足够的节点进行交换
        while (tmp.next != null && tmp.next.next != null) {
            ListNode n1 = tmp.next; // 当前节点
            ListNode n2 = tmp.next.next; // 下一个节点

            // 进行节点交换
            tmp.next = n2; // tmp指向n2
            n1.next = n2.next; // n1指向n2的下一个节点
            n2.next = n1; // n2指向n1

            // 更新tmp指针，为下次交换做准备
            tmp = n1; 
        }

        // 返回新的头节点
        return dummy.next; 
    }
}

复杂度分析

• 时间复杂度：O(n)，其中n是链表的节点数。每个节点最多被访问两次，所以整体时间复杂度是线性的。
• 空间复杂度：O(1)。我们只使用了常数的额外空间，不需要额外的存储结构。因此空间复杂度为常数。