LeetCode 第24题：两两交换链表中的节点

合集 - 算法笔记(41)

1.LeetCode 第10题：正则表达式匹配02-092.LeetCode 第1题：两数之和02-073.LeetCode 第2题：两数相加02-074.LeetCode 第3题：无重复字符的最长子串02-075.LeetCode 第4题：寻找两个正序数组的中位数02-086.LeetCode 第8题：字符串转换整数 (atoi)02-097.LeetCode 第7题：整数反转02-098.LeetCode 第6题：Z字形变换02-099.LeetCode 第5题：最长回文子串02-0810.LeetCode 第9题：回文数02-0911.LeetCode 第11题：盛最多水的容器02-1012.LeetCode 第12题：整数转罗马数字02-1013.LeetCode 第13题：罗马数字转整数02-1014.LeetCode 第14题：最长公共前缀02-1115.LeetCode 第15题：三数之和02-1116.LeetCode 第16题：最接近的三数之和02-1117.LeetCode 第17题：电话号码的字母组合02-1118.LeetCode 第18题：四数之和02-1119.LeetCode 第19题：删除链表的倒数第N个结点02-1220.LeetCode 第20题：有效的括号02-1321.LeetCode 第21题：合并两个有序链表02-1322.LeetCode 第22题：括号生成02-1323.LeetCode 第23题：合并K个升序链表02-13

24.LeetCode 第24题：两两交换链表中的节点02-15

25.LeetCode 第25题：K 个一组翻转链表02-1526.LeetCode 第26题：删除有序数组中的重复项02-1527.LeetCode 第27题：移除元素02-1528.LeetCode 第28题：找出字符串中第一个匹配项的下标02-1629.LeetCode 第29题：两数相除02-1630.LeetCode 第30题：串联所有单词的子串02-1631.LeetCode 第31题：下一个排列02-1632.LeetCode 第32题：最长有效括号02-1733.LeetCode 第33题：搜索旋转排序数组02-1734.LeetCode 第34题：在排序数组中查找元素的第一个和最后一个位置02-1835.LeetCode 第35题：搜索插入位置02-1836.LeetCode 第36题：有效的数独02-1937.LeetCode 第37题：解数独02-1938.LeetCode 第38题：外观数列02-2039.LeetCode 第39题：组合总和02-2040.LeetCode 第40题：组合总和 II02-2441.LeetCode 第41题：缺失的第一个正数02-24

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LeetCode 第24题：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）。

难度

中等

题目链接

https://leetcode.cn/problems/swap-nodes-in-pairs/

示例

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

解题思路

方法一：迭代法

使用迭代的方式，每次处理两个相邻节点。

关键点：

1. 使用虚拟头节点简化操作
2. 每次处理两个节点的交换
3. 维护前驱节点的引用
4. 注意边界情况（空链表、单节点）

具体步骤：

1. 创建虚拟头节点
2. 使用prev指针指向待交换的两个节点之前的节点
3. 每次交换两个节点：
   • 保存next引用
   • 调整指针指向
   • 移动prev指针
4. 返回虚拟头节点的下一个节点

时间复杂度：O(n)
空间复杂度：O(1)

方法二：递归法

利用递归的特性，将问题分解为子问题。

递归思路：

1. 基线条件：空链表或只有一个节点
2. 对于每两个节点：
   • 交换这两个节点
   • 递归处理后续节点
3. 返回新的头节点

代码实现

C# 实现（迭代法）

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * public class ListNode {
 *     public int val;
 *     public ListNode next;
 *     public ListNode(int val=0, ListNode next=null) {
 *         this.val = val;
 *         this.next = next;
 *     }
 * }
 */
public class Solution {
    public ListNode SwapPairs(ListNode head) {
        // 创建虚拟头节点
        ListNode dummy = new ListNode(0);
        dummy.next = head;
        ListNode prev = dummy;
      
        // 每次处理两个节点
        while (prev.next != null && prev.next.next != null) {
            // 获取要交换的两个节点
            ListNode first = prev.next;
            ListNode second = prev.next.next;
          
            // 保存后续节点
            ListNode next = second.next;
          
            // 交换节点
            second.next = first;
            first.next = next;
            prev.next = second;
          
            // 移动prev指针
            prev = first;
        }
      
        return dummy.next;
    }
}

C# 实现（递归法）

public class Solution {
    public ListNode SwapPairs(ListNode head) {
        // 基线条件：空链表或只有一个节点
        if (head == null || head.next == null) {
            return head;
        }
      
        // 获取要交换的两个节点
        ListNode first = head;
        ListNode second = head.next;
      
        // 保存后续节点并递归处理
        ListNode next = second.next;
        second.next = first;
        first.next = SwapPairs(next);
      
        return second;
    }
}

代码详解

迭代版本：

1. 虚拟头节点：
   • 使用dummy节点简化边界情况
   • 避免处理头节点的特殊情况
2. 交换过程：
   • 保存要交换的两个节点
   • 保存后续节点的引用
   • 调整指针完成交换
3. 移动指针：
   • prev移动到下一组的前驱位置

递归版本：

1. 基线条件：
   • 处理空链表和单节点情况
2. 递归过程：
   • 交换当前两个节点
   • 递归处理后续节点
   • 返回新的头节点

执行结果

迭代版本：

• 执行用时：84 ms
• 内存消耗：37.4 MB

递归版本：

• 执行用时：80 ms
• 内存消耗：37.6 MB

总结与反思

1. 这是一道经典的链表操作题目：
   • 考察基本的链表操作
   • 考察指针的调整
   • 考察边界情况的处理
2. 两种解法比较：
   • 迭代：空间复杂度更低，但代码较长
   • 递归：代码简洁，但空间复杂度较高
3. 优化思路：
   • 使用虚拟头节点简化操作
   • 画图理清指针关系
   • 注意处理边界情况

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