力扣第92题——反转链表 II（C语言题解）

news2024/11/25 5:46:07

题目描述

给你单链表的头指针 head 和两个整数 left 和 right ，其中 left <= right 。请你反转从位置 left 到位置 right 的链表节点，返回 反转后的链表 。

示例 1：

输入：head = [1,2,3,4,5], left = 2, right = 4
输出：[1,4,3,2,5]

示例 2：

输入：head = [5], left = 1, right = 1
输出：[5]

提示：

链表中节点数目为 n
1 <= n <= 500
-500 <= Node.val <= 500
1 <= left <= right <= n

方法一：穿针引线

我们以下图中黄色区域的链表反转为例。

使用「206. 反转链表」的解法，反转 left 到 right 部分以后，再拼接起来。我们还需要记录 left 的前一个节点，和 right 的后一个节点。如图所示：

算法步骤：

第 1 步：先将待反转的区域反转；
第 2 步：把 pre 的 next 指针指向反转以后的链表头节点，把反转以后的链表的尾节点的 next 指针指向 succ。

说明：编码细节我们不在题解中介绍了，请见下方代码。思路想明白以后，编码不是一件很难的事情。这里要提醒大家的是，链接什么时候切断，什么时候补上去，先后顺序一定要想清楚，如果想不清楚可以在纸上模拟.

void reverseLinkedList(struct ListNode *head) {
    // 也可以使用递归反转一个链表
    struct ListNode *pre = NULL;
    struct ListNode *cur = head;

    while (cur != NULL) {
        struct ListNode *next = cur->next;
        cur->next = pre;
        pre = cur;
        cur = next;
    }
}

struct ListNode *reverseBetween(struct ListNode *head, int left, int right) {
    // 因为头节点有可能发生变化，使用虚拟头节点可以避免复杂的分类讨论
    struct ListNode *dummyNode = malloc(sizeof(struct ListNode));
    dummyNode->val = -1;
    dummyNode->next = head;

    struct ListNode *pre = dummyNode;
    // 第 1 步：从虚拟头节点走 left - 1 步，来到 left 节点的前一个节点
    // 建议写在 for 循环里，语义清晰
    for (int i = 0; i < left - 1; i++) {
        pre = pre->next;
    }

    // 第 2 步：从 pre 再走 right - left + 1 步，来到 right 节点
    struct ListNode *rightNode = pre;
    for (int i = 0; i < right - left + 1; i++) {
        rightNode = rightNode->next;
    }

    // 第 3 步：切断出一个子链表（截取链表）
    struct ListNode *leftNode = pre->next;
    struct ListNode *curr = rightNode->next;

    // 注意：切断链接
    pre->next = NULL;
    rightNode->next = NULL;

    // 第 4 步：同第 206 题，反转链表的子区间
    reverseLinkedList(leftNode);

    // 第 5 步：接回到原来的链表中
    pre->next = rightNode;
    leftNode->next = curr;
    return dummyNode->next;
}

方法二：一次遍历「穿针引线」反转链表（头插法）

方法一的缺点是：如果 left 和 right 的区域很大，恰好是链表的头节点和尾节点时，找到 left 和 right 需要遍历一次，反转它们之间的链表还需要遍历一次，虽然总的时间复杂度为 O(N)O(N)O(N)，但遍历了链表 222 次，可不可以只遍历一次呢？答案是可以的。我们依然画图进行说明。

我们依然以方法一的示例为例进行说明。

整体思想是：在需要反转的区间里，每遍历到一个节点，让这个新节点来到反转部分的起始位置。下面的图展示了整个流程。

下面我们具体解释如何实现。使用三个指针变量 pre、curr、next 来记录反转的过程中需要的变量，它们的意义如下：

curr：指向待反转区域的第一个节点 left；
next：永远指向 curr 的下一个节点，循环过程中，curr 变化以后 next 会变化；
pre：永远指向待反转区域的第一个节点 left 的前一个节点，在循环过程中不变。
第 1 步，我们使用 ①、②、③ 标注「穿针引线」的步骤。

操作步骤：

先将 curr 的下一个节点记录为 next；
执行操作 ①：把 curr 的下一个节点指向 next 的下一个节点；
执行操作 ②：把 next 的下一个节点指向 pre 的下一个节点；
执行操作 ③：把 pre 的下一个节点指向 next。
第 1 步完成以后「拉直」的效果如下：

第 2 步，同理。同样需要注意「穿针引线」操作的先后顺序。

第 2 步完成以后「拉直」的效果如下：

第 3 步，同理。

第 3 步完成以后「拉直」的效果如下：

struct ListNode *reverseBetween(struct ListNode *head, int left, int right) {
    // 因为头节点有可能发生变化，使用虚拟头节点可以避免复杂的分类讨论
    struct ListNode *dummyNode = malloc(sizeof(struct ListNode));
    dummyNode->val = -1;
    dummyNode->next = head;

    struct ListNode *pre = dummyNode;
    for (int i = 0; i < left - 1; i++) {
        pre = pre->next;
    }
    struct ListNode *cur = pre->next;
    struct ListNode *next;
    for (int i = 0; i < right - left; i++) {
        next = cur->next;
        cur->next = next->next;
        next->next = pre->next;
        pre->next = next;
    }
    return dummyNode->next;
}