利用编程思维做题之链表内指定区间反转

news2024/11/23 9:58:30

牛客网题目

1. 理解问题

给定一个单链表和两个整数 m 和 n，要求反转链表中从位置 m 到位置 n 的节点，最后返回反转后的链表头节点。

示例：

输入：链表 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> NULL，m = 2，n = 4
输出：1 -> 4 -> 3 -> 2 -> 5 -> NULL

关键点：

原地反转：要求空间复杂度为 O(1)，可以有常量级别的中间值保存操作，。
边界条件：需要考虑 m 为 1（即从链表头开始反转）以及 n 为链表长度的情况。
指针处理：需要正确处理反转部分前后的节点连接。

2. 输入输出

输入：
- head：链表的头节点。
- m、n：指定反转的起始和结束位置，满足 1 ≤ m ≤ n ≤ 链表长度。
输出：
- 反转指定区间后的链表头节点。

3. 链表结构

链表节点的定义如下：

struct ListNode {
int val; // 节点的值
struct ListNode *next; // 指向下一个节点的指针
};

4. 制定策略

为实现指定区间的反转，需要以下步骤：

定位到反转起始位置的前一个节点：
- 使用一个辅助的 dummy 节点指向链表头，方便处理 m = 1 的情况。
- 通过遍历，找到位置在 m - 1 的节点 prev。
反转从位置 m 到 n 的子链表：
- 初始化指针：
  - start：指向位置 m 的节点，反转后的尾部节点，即反转部分的第一个应该是反转后的最后一个。
  - then：指向位置 m + 1 的节点，反转操作中的当前节点。
- 反转过程：
  - 将 then 节点逐个移动，并调整指针连接。
重新连接反转后的子链表：
- 反转完成后，prev 的 next 指针指向新的子链表头节点（即反转部分），start 的 next 指针指向反转部分之后的节点。

5. 实现代码

5.1 关键函数实现

struct ListNode* reverseBetween(struct ListNode* head, int m, int n) {
if (head == NULL) return NULL;

struct ListNode dummy;
dummy.next = head;
struct ListNode* prev = &dummy;

// 移动 prev 到位置 m-1
for (int i = 1; i < m; i++) {
prev = prev->next;
}

struct ListNode* start = prev->next;
struct ListNode* then = start->next;

// 反转位置 m 到 n 的节点
for (int i = 0; i < n - m; i++) {
start->next = then->next; //要反转的第一个数值start往后移
then->next = prev->next; //当前数值的后面是m-1的后面那个数
prev->next = then; //m-1数值的后面是当前数值
then = start->next; //当前数值往后移
}

return dummy.next;
}

假如m=2，n=4：

第一次循环（i = 0）：

dummy -> 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> NULL
^ ^ ^
prev start then

第二次循环（i = 1）：

dummy -> 1 -> 4 -> 3 -> 2 -> 5 -> NULL
^ ^ ^
prev start then

5.2 完整的 C 语言代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

// 定义链表节点
struct ListNode {
int val;
struct ListNode *next;
};

// 反转指定区间的函数
struct ListNode* reverseBetween(struct ListNode* head, int m, int n) {
if (head == NULL) return NULL;

struct ListNode dummy;
dummy.next = head;
struct ListNode* prev = &dummy;

// 移动 prev 到位置 m-1
for (int i = 1; i < m; i++) {
prev = prev->next;
}

struct ListNode* start = prev->next;
struct ListNode* then = start->next;

// 反转指定区间
for (int i = 0; i < n - m; i++) {
start->next = then->next;
then->next = prev->next;
prev->next = then;
then = start->next;
}

return dummy.next;
}

// 创建新节点的辅助函数
struct ListNode* createNode(int value) {
struct ListNode* newNode = (struct ListNode*)malloc(sizeof(struct ListNode));
if (!newNode) {
perror("创建节点失败");
exit(EXIT_FAILURE);
}
newNode->val = value;
newNode->next = NULL;
return newNode;
}

// 打印链表的辅助函数
void printList(struct ListNode* head) {
struct ListNode* current = head;
while (current != NULL) {
printf("%d", current->val);
if (current->next != NULL) {
printf(" -> ");
}
current = current->next;
}
printf(" -> NULL\n");
}

// 释放链表内存
void freeList(struct ListNode* head) {
struct ListNode* current = head;
struct ListNode* temp;
while (current != NULL) {
temp = current->next;
free(current);
current = temp;
}
}

// 测试代码
int main() {
// 创建链表 {1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5}
struct ListNode* head = createNode(1);
head->next = createNode(2);
head->next->next = createNode(3);
head->next->next->next = createNode(4);
head->next->next->next->next = createNode(5);

printf("原始链表：\n");
printList(head);

int m = 2, n = 4;
struct ListNode* modifiedHead = reverseBetween(head, m, n);

printf("反转第 %d 到 %d 个节点后的链表：\n", m, n);
printList(modifiedHead);

// 释放内存
freeList(modifiedHead);

return 0;
}

5.3 代码说明

reverseBetween 函数：
- dummy 节点：创建一个哑节点 dummy，指向链表头 head，用于简化边界条件的处理。
- prev 指针：初始化为 dummy，用于定位到反转区间的前一个节点。
- start 和 then 指针：start 指向反转区间的第一个节点，then 指向需要反转的下一个节点。
- 反转过程：通过调整指针的指向，逐步将 then 节点插入到 prev 后面，实现局部反转。
辅助函数：
- createNode：创建新节点，初始化节点的值和指针。
- printList：遍历并打印链表的所有节点值。
- freeList：释放链表占用的内存，防止内存泄漏。
主函数 main：
- 创建示例链表并输出。
- 调用 reverseBetween 函数反转指定区间的节点。
- 输出反转后的链表结果。
- 释放链表内存。