LeetCode 24：交换链表

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题意

两两交换链表相邻节点的值，返回交换后的链表。

示例
输入：head = [1, 2, 3, 4]

输出： [2, 1, 4, 3]

题目解析

水题，难度中等。

这道题要求不能只是单纯的改变节点内部得值，需要进行实际的节点交换。

和反转链表一样，这类链表题思维上没有难度，就是每次从链表上截取两个节点进行交换。

主要是考察代码实现能力。

这道题我用带虚拟头节点的单链表实现。

虚拟头节点（其实我以前都叫头节点我就叫虚拟头节点），可能很多人叫做哨兵节点，放在第一个元素的节点之前，数据域一般没意义。

图解
先建立一个带虚拟头节点的单链表。
在这里插入图片描述
PS：此处代码为 Python（”代码实现“小节处有 Java 代码，下同）。

链表节点类

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

### 创建虚拟节点
dummyHead = ListNode(-1)

因为每次要截取两个节点进行交换，初始建立 3 个指针 pre，p 和 q。

其中 pre 指向虚拟头节点，p 指向链表首节点，q 指向链表的第 2 个节点。

1
2
3

pre = dummyHead
p = head
q = p.next

节点两两交换主要分为 3 步。

第 1 步：pre 的后继指针 next 指向 q，即 pre.next = q。
在这里插入图片描述

第 2 步：p 的后继指针 next 指向 q 的后继节点，即 p.next = q.next。
在这里插入图片描述

第 3 步：那就剩了 q 的后继指针 next 指向 p，即 q.next = p。

在这里插入图片描述

所以第一次交换完，链表变成了：

在这里插入图片描述

1
2
3

pre.next = q
p.next = q.next
q.next = p

接下来就是 pre、p 和 q 指针同时右移。

1
2
3

pre = p
p = p.next
q = p.next

继续重复上述 3 步操作。

本方法遍历一遍链表，时间复杂度为 O(n)，空间复杂度为 O(1)。

代码实现

Python 代码实现

# Definition for singly-linked list.
# class ListNode:
#     def __init__(self, val=0, next=None):
#         self.val = val
#         self.next = next
class Solution:
    def swapPairs(self, head: ListNode) -> ListNode:

        # 空链表或者只有一个节点，直接返回
        if not head or head.next == None:
            return head

        # 创建虚拟节点
        dummyHead = ListNode(-1)

        # 初始化pre、p 节点
        pre = dummyHead
        p = head

        # 必须是节点数是偶数个的时候才能交换
        # 如果最后只剩下一个节点，即链表是奇数个节点，最后一个不用反转
        # 比如 head = [1,2, 3, 4, 5],输出 [2, 1, 4, 3, 5]
        while p and p.next:
            # 初始化 q 节点
            q = p.next

            # 交换节点 3 步走
            pre.next = q
            p.next = q.next
            q.next = p
            
            # 指针右移
            pre = p
            p = p.next
        
        # 返回链表
        return dummyHead.next

Java 代码实现

// 虚拟头结点
class Solution {
  public ListNode swapPairs(ListNode head) {

    ListNode dummyNode = new ListNode(0);
    dummyNode.next = head;
    ListNode prev = dummyNode;

    while (prev.next != null && prev.next.next != null) {
      ListNode temp = head.next.next; // 缓存 next
      prev.next = head.next;          // 将 prev 的 next 改为 head 的 next
      head.next.next = head;          // 将 head.next(prev.next) 的next，指向 head
      head.next = temp;               // 将head 的 next 接上缓存的temp
      prev = head;                    // 步进1位
      head = head.next;               // 步进1位
    }
    return dummyNode.next;
  }
}