演算法入門題：如何反轉一個單向連結串列？

小二十七發表於2020-12-23
演算法

最近在 LeetCode 上面玩 連結串列 型別的題目，所以打算寫一篇文章，分享一下在做連結串列型別題目的心得。

眾所周知，玩連結串列就是玩指標，今天跟大家講解一個連結串列的入門題目，如何反轉一個單向連結串列 也是 LeetCode #206 是很熱門的一道程式設計題 LC#206 Reverse Linked List ，如圖：

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解題理論：

想要反轉一個單向連結串列，除了當前的 head 指標外，我們還另外需要兩個輔助指標：

  • preNode 用於儲存上一個引用的指標
  • nextNode 用於儲存下一個引用的指標

不管你使用什麼程式語言，反轉連結串列的公式都是一樣的，主要分為以下四步：

  1. 將當前 head 引用的 next 引用傳遞給 nextNode
  2. 將當前 preNode 引用賦值給 head.next 實現反轉（重要）
  3. 移動 preNode 指標，準備進行下一次反轉
  4. 移動 head 指標，準備進行下一次反轉

使用 Java 語言表示的程式碼如下：

    public static ListNode reverseList(ListNode head) {
        ListNode next, pre = null;
        while (head != null) {
            next = head.next;
            head.next = pre;
            pre = head;
            head = next;
        }
        return pre;
    }

因為動態語言允許交叉賦值，所以使用動態語言反轉連結串列就更加的簡單，程式碼如下：

  def reverse_list(head)
      while(head != nil) 
          cur_next, head.next, pre = head.next, pre, head
          head = cur_next
      end
      pre
  end
圖解資料結構

上面程式碼和文字描述看上去可能不太直觀，我們下面通過圖文的形式展示一個單向連結串列是如何被反轉的

單向連結串列的初始狀態：

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然後我們第一步，開始初始化指標，

ListNode next, pre = null

然後，執行第一步切換指引的程式碼：

next = head.next;

這時候連結串列和指標的位置改變如下圖：

MpVVX8

當執行第二步程式碼：

head.next = pre;

這時候連結串列內的指標發生瞭如下的變化：

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這裡可以看到 head 引用的 next 指向已經發生的反轉變化 ，這一步也是反轉連結串列最重要的一步

後面第三步，第四步就是移動 preNode，head 指標，準備為下一次元素反轉做準備了

第三步程式碼：

pre = head;

如圖：

d2hXyW

這時候 preNode 已經跟 head 頭指標指向同一個節點，準備為下一次反轉做準備

第四步程式碼：

head = next;

看到這裡大家發現 nextNode 指標其實作用不大，就是幫助 head 同學臨時佔一個位置的，反轉指標主要依靠 preNode 和 head，反轉完成後如何：

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執行到這裡，元素 1 已經被反轉過來的，只需要將以上四步執行 N 次，就可以將一個長度為 N 的連結串列全部反轉，所以這套解法的時間複雜度就是 O（n），最後只要提交程式碼，你就能打敗全國 90%的對手，不信的話可以開啟 LeetCode 提交一下程式碼 (●—●)

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總結

這道題非常簡單，如果你是老手的話就當幫你回顧一下反轉連結串列的解題思路，如果你是新手的話說不定能幫忙開啟演算法世界的大門，覺得文章不錯的話，可以分享給朋友，最後再留一個問題，可以思考一下：

  • 為什麼最終返回的指標是 preNode， 而不是 head ？

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