24. 两两交换链表中的节点（图解递归和双指针）

24. 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）。

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

方法一：递归

    /**
     * 1、递归 -- 0ms(100.00%), 40.40MB(5.13%)
     * <p>
     * 时间复杂度：O(n)
     * <p>
     * 空间复杂度：O(n)
     */
    class Solution {
        public ListNode swapPairs(ListNode head) {
            // 如果链表为空或只有一个节点，直接返回头节点，不需要进行交换
            if (head == null || head.next == null) {
                return head;
            }
          
            // 递归调用swapPairs函数，处理剩余的节点，传入头【节点的下一个节点的下一个节点】，返回值赋值给tmp
            ListNode tmp = swapPairs(head.next.next);
            // 获取当前节点的下一个节点赋值给p
            ListNode p = head.next;
          
            // 将下一个节点的next指针指向当前节点，完成交换
            p.next = head;
            // 将当前节点的next指针指向递归调用的结果，继续处理剩余的节点
            head.next = tmp;
          
            // 返回交换后的头节点
            return p;
        }
    }

代码解析

这个函数的作用是将链表中的每两个相邻节点进行交换，并返回新的头节点。具体步骤如下：

1. 首先判断链表是否为空或只有一个节点，如果是，则直接返回头节点，因为不需要交换。
2. 然后递归调用 swapPairs 函数，传入参数为当前节点的下一个节点的下一个节点（即跳过了两个节点）。这样可以处理剩余的节点。
3. 接下来，获取当前节点的下一个节点，并将其赋值给变量 p。
4. 将 p 的 next 指针指向当前节点，完成两个节点的交换。
5. 将当前节点的 next 指针指向递归调用的结果，即交换后的剩余节点。
6. 最后返回交换后的头节点 p。

通过递归调用，该函数会逐层向下处理链表，直到到达链表末尾。在每一层递归中，都会交换相邻的两个节点，并将结果传递给下一层递归。最终，当递归到最底层时，所有相邻节点都被成功交换，然后逐层向上返回，最终得到交换后的链表。

图解

示例一：

示例二：

方法二：虚拟头节点 + 双指针

    /**
     * 2、虚拟头节点 + 双指针 -- 0ms(100.00%), 39.89MB(19.62%)
     * <p>
     * 时间复杂度：O(n)
     * <p>
     * 空间复杂度：O(1)
     */
    class Solution2 {
        public ListNode swapPairs(ListNode head) {
            // 创建虚拟头节点，并将其 next 指向原始链表的头节点
            ListNode dummy = new ListNode(0, head);
            // 创建两个指针 pre 和 cur，将 pre 初始化为虚拟头节点
            ListNode pre = dummy;
            // 将 cur 初始化为原始链表的头节点而不是虚拟头节点
            ListNode cur = head;
 
            // 循环条件：当前节点 cur 和它的下一个节点 cur.next 均不为 null, 不为 null 才能进行交换
            while (cur != null && cur.next != null) {
                // 创建临时节点 tmp，保存下一个节点的引用
                ListNode tmp = cur.next;
              
                // 将当前节点 cur 的 next 指针指向下一个节点的下一个节点，跳过下一个节点
                cur.next = tmp.next;
                // 将临时节点 tmp 的 next 指针指向当前节点 cur，完成交换
                tmp.next = cur;
                // 将前一个节点 pre 的 next 指针指向交换后的新节点 tmp
                pre.next = tmp;
 
                // 将 pre 移动到下一对相邻节点的前一个节点，即当前节点 cur
                pre = cur;
                // 将 cur 移动到下一对相邻节点的当前节点，即下一个节点
                cur = cur.next;
            }
 
            // 返回虚拟头节点 dummy 的 next，即完成相邻节点的交换后的链表
            return dummy.next;
        }
    }

代码解析

• 算法通过维护一个虚拟头节点，利用两个指针 pre 和 cur 在链表中遍历，不断交换相邻的节点。

• 这种方式可以避免对头节点的特殊处理

• 循环里主要是三个步骤：报存引用、更换 next 指针指向、移动指针

图解