LeetCode 算法：两两交换链表中的节点 c++

news2024/12/22 11:23:11

原题链接🔗：两两交换链表中的节点
难度：中等⭐️⭐️

题目

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）。

示例 1：
在这里插入图片描述

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

题解

迭代法【双指针迭代法】

题解：

"两两交换链表中的节点"是一个常见的链表问题，它主要考察对链表操作的理解和双指针技巧的应用。下面是解决这个问题的一般思路：

理解问题：首先明确题目要求，即给定一个链表，需要将链表中的节点两两交换，如果链表长度为奇数，最后一个节点保持不变。

虚拟头节点：为了简化操作，特别是处理原链表头节点的交换，可以创建一个虚拟头节点（dummy node），它的next指向原链表的头节点。这样，我们可以统一处理所有情况，包括链表只有一个节点或为空的情况。

使用双指针：定义两个指针current和prev。current用于遍历链表，prev用于指向当前current节点的前一个节点。初始时，prev指向虚拟头节点。

遍历链表：遍历链表，每次循环处理一对节点。在每次循环中：

检查current和current->next是否非空，确保有一对节点可以交换。
交换current和current->next的节点。可以通过改变指针的指向来实现节点的交换，而不需要移动节点的数据。

交换节点：交换节点的步骤如下：

保存current->next的下一个节点，即second。
将second的next指向current。
将current->next指向second。
更新prev的next指向second，即交换后的第二个节点。

更新指针：交换完成后，更新prev为当前的current，current向前移动两位，即移动到下一对节点。

处理特殊情况：如果链表长度为奇数，循环结束后，current将指向最后一个节点，此时不需要交换，直接结束循环。

返回结果：最后，返回虚拟头节点的下一个节点，即交换后链表的新头节点。

释放资源：如果有必要，释放所有动态分配的节点，以避免内存泄漏。

这个算法的时间复杂度是O(n)，其中n是链表的长度，因为我们只遍历了链表一次。空间复杂度是O(1)，因为我们只使用了有限的额外空间。

复杂度：时间复杂度O(n)，其中n是节点数，空间复杂度O(1)。
代码过程：如demo所示。
c++ demo：

#include <iostream>

// 定义链表节点结构体
struct ListNode {
    int val;
    ListNode* next;
    ListNode(int x) : val(x), next(nullptr) {}
};

// 两两交换链表中的节点
ListNode* swapPairs(ListNode* head) {
    // 虚拟头节点，方便处理
    ListNode* dummy = new ListNode(0);
    dummy->next = head;
    // 指向当前需要交换的节点
    ListNode* current = dummy;

    while (current->next && current->next->next) {
        // 交换两个节点
        ListNode* first = current->next;
        ListNode* second = current->next->next;
        first->next = second->next;
        current->next = second;
        second->next = first;
        // 移动到下一对节点
        current = first;
    }

    // 返回新链表的头节点
    ListNode* newHead = dummy->next;
    delete dummy; // 释放虚拟头节点
    return newHead;
}

// 打印链表的函数，用于验证结果
void printList(ListNode* head) {
    while (head) {
        std::cout << head->val << " ";
        head = head->next;
    }
    std::cout << std::endl;
}

// 测试代码
int main() {
    // 创建示例链表: 1->2->3->4
    ListNode* head = new ListNode(1);
    head->next = new ListNode(2);
    head->next->next = new ListNode(3);
    head->next->next->next = new ListNode(4);

    std::cout << "Original List: ";
    printList(head);

    // 调用函数交换节点
    ListNode* newHead = swapPairs(head);

    std::cout << "Swapped List: ";
    printList(newHead);

    // 释放链表内存
    while (newHead) {
        ListNode* temp = newHead;
        newHead = newHead->next;
        delete temp;
    }

    return 0;
}