LeetCode-24-两两交换链表中的节点

题目

来源：LeetCode.

给定一个链表，两两交换其中相邻的节点，并返回交换后的链表。
你不能只是单纯的改变节点内部的值，而是需要实际的进行节点交换。

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
• $0<=Node.val<=100$

接下来看一下解题思路：

思路一：递归：

    递归的终止条件是链表中没有节点，或者链表中只有一个节点，此时无法进行交换。

    如果链表中至少有两个节点，则在两两交换链表中的节点之后，原始链表的头节点变成新的链表的第二个节点，原始链表的第二个节点变成新的链表的头节点。
    链表中的其余节点的两两交换可以递归地实现。在对链表中的其余节点递归地两两交换之后，更新节点之间的指针关系，即可完成整个链表的两两交换。

    用 $head$ 表示原始链表的头节点，新的链表的第二个节点，用 $newHead$ 表示新的链表的头节点，原始链表的第二个节点，则原始链表中的其余节点的头节点是 $newHead.next$。
    令 $head.next=swapPairs(newHead.next)$，表示将其余节点进行两两交换，交换后的新的头节点为 $head$ 的下一个节点。
    然后令 $newHead.next=head$，即完成了所有节点的交换。最后返回新的链表的头节点 $newHead$。

public static ListNode swapPairs1(ListNode head) {
    if (head == null || head.next == null) {
        return head;
    }

    ListNode newHead = head.next;
    head.next = swapPairs(newHead.next);
    newHead.next = head;

    return newHead;
}

总结

    时间复杂度：$O(n)$，其中 $n$ 是链表的节点数量。
    空间复杂度：$O(n)$，其中 $n$ 是链表的节点数量。

思路二：迭代：

    创建哑结点 $dummy$，令 $dummy.next=head$。令 $pred$ 表示当前到达的节点，初始时 $pred=dummy$。每次需要交换 $pred$ 后面的两个节点。

    如果 $pred$ 的后面没有节点或者只有一个节点，则没有更多的节点需要交换，因此结束交换。否则，获得 $pred$ 后面的两个节点 $cur$ 和 $after$，通过更新节点的指针关系实现两两交换节点。

    具体而言，交换之前的节点关系是 $pred->cur->after$，交换之后的节点关系要变成 $pred->after->cur$
    完成上述操作之后，节点关系即变成 $pred->after->cur$。再令 $pred=cur$，对链表中的其余节点进行两两交换，直到全部节点都被两两交换。

    两两交换链表中的节点之后，新的链表的头节点是 $dummy.next$，返回新的链表的头节点即可。

public static ListNode swapPairs(ListNode head) {
    if (head == null || head.next == null) {
        return head;
    }
    ListNode dummy = new ListNode(-1, head);
    ListNode pred = dummy;

    while (pred.next != null && pred.next.next != null) {
        ListNode cur = pred.next;
        ListNode after = pred.next.next;
        pred.next = after;
        // 交换节点
        cur.next = after.next;
        after.next = cur;
        // 下一次交换的前驱节点
        pred = cur;
    }

    return dummy.next;
}

总结

    时间复杂度：$O(n)$，其中 $n$ 是链表的节点数量。
    空间复杂度：$O(1)$。