LeetCode 第24题：两两交换链表中的节点

LeetCode 第24题：两两交换链表中的节点

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）。

难度

中等

题目链接

https://leetcode.cn/problems/swap-nodes-in-pairs/

示例

示例 1：

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

方法一：迭代法

使用迭代的方式，每次处理两个相邻节点。

关键点：

1. 使用虚拟头节点简化操作
2. 每次处理两个节点的交换
3. 维护前驱节点的引用
4. 注意边界情况（空链表、单节点）

具体步骤：

1. 创建虚拟头节点
2. 使用prev指针指向待交换的两个节点之前的节点
3. 每次交换两个节点：
   • 保存next引用
   • 调整指针指向
   • 移动prev指针
4. 返回虚拟头节点的下一个节点

时间复杂度：O(n)
空间复杂度：O(1)

方法二：递归法

利用递归的特性，将问题分解为子问题。

递归思路：

1. 基线条件：空链表或只有一个节点
2. 对于每两个节点：
   • 交换这两个节点
   • 递归处理后续节点
3. 返回新的头节点

代码实现

C# 实现（迭代法）

/*** Definition for singly-linked list.* public class ListNode {*     public int val;*     public ListNode next;*     public ListNode(int val=0, ListNode next=null) {*         this.val = val;*         this.next = next;*     }* }*/
public class Solution {public ListNode SwapPairs(ListNode head) {// 创建虚拟头节点ListNode dummy = new ListNode(0);dummy.next = head;ListNode prev = dummy;// 每次处理两个节点while (prev.next != null && prev.next.next != null) {// 获取要交换的两个节点ListNode first = prev.next;ListNode second = prev.next.next;// 保存后续节点ListNode next = second.next;// 交换节点second.next = first;first.next = next;prev.next = second;// 移动prev指针prev = first;}return dummy.next;}
}

C# 实现（递归法）

public class Solution {public ListNode SwapPairs(ListNode head) {// 基线条件：空链表或只有一个节点if (head == null || head.next == null) {return head;}// 获取要交换的两个节点ListNode first = head;ListNode second = head.next;// 保存后续节点并递归处理ListNode next = second.next;second.next = first;first.next = SwapPairs(next);return second;}
}

代码详解

迭代版本：

1. 虚拟头节点：
   • 使用dummy节点简化边界情况
   • 避免处理头节点的特殊情况
2. 交换过程：
   • 保存要交换的两个节点
   • 保存后续节点的引用
   • 调整指针完成交换
3. 移动指针：
   • prev移动到下一组的前驱位置

递归版本：

1. 基线条件：
   • 处理空链表和单节点情况
2. 递归过程：
   • 交换当前两个节点
   • 递归处理后续节点
   • 返回新的头节点

执行结果

迭代版本：

• 执行用时：84 ms
• 内存消耗：37.4 MB

递归版本：

• 执行用时：80 ms
• 内存消耗：37.6 MB

总结与反思

1. 这是一道经典的链表操作题目：
   • 考察基本的链表操作
   • 考察指针的调整
   • 考察边界情况的处理
2. 两种解法比较：
   • 迭代：空间复杂度更低，但代码较长
   • 递归：代码简洁，但空间复杂度较高
3. 优化思路：
   • 使用虚拟头节点简化操作
   • 画图理清指针关系
   • 注意处理边界情况

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