【LeetCode题解】25_k个一组翻转链表（Reverse-Nodes-in-k-Group）
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描述
给出一个链表，每 k 个节点一组进行翻转，并返回翻转后的链表。
k 是一个正整数，它的值小于或等于链表的长度。如果节点总数不是 k 的整数倍，那么将最后剩余节点保持原有顺序。
示例 :
给定这个链表：1->2->3->4->5
当 k = 2 时，应当返回: 2->1->4->3->5
当 k = 3 时，应当返回: 3->2->1->4->5
说明 :
- 你的算法只能使用常数的额外空间。
- 你不能只是单纯的改变节点内部的值，而是需要实际的进行节点交换。
解法一：迭代
思路
要求解这道题，先要构造一个辅助函数，这个函数的作用就是翻转链表（不包括首尾节点）。假设输入链表如下图所示，其中链表表头为 begin，链表尾部为 end。
经过函数之后，链表的连接变为如下的形式，且将 begin 作为函数的输出。
具体的实现思路和 LeetCode 第206题翻转链表是一致的，只是函数的输入和输出有些不同，这里不在赘言，直接给出函数的实现。
// Java 版本
private ListNode reverse(ListNode begin, ListNode end) {
ListNode prev = begin, curr = begin.next;
ListNode first = curr;
while (curr != end) {
ListNode next = curr.next;
curr.next = prev;
prev = curr;
curr = next;
}
begin.next = prev;
first.next = curr;
return first;
}
# Python 版本
def reverse(begin, end):
prev, curr, first = begin, begin.next, begin.next
while curr != end:
curr.next, prev, curr = prev, curr, curr.next
begin.next, first.next = prev, curr
return first
有个上面的辅助函数之后，我们就可以利用它求解这道题。假设输入链表为 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 且 k=3，首先构造一个虚拟头节点 dummy，用于统一后面的一系列操作。初始时，设变量 i=0，当 i+1 不能被3整除时，将 head 指针向链表的下一个节点移动；当 i+1 能被3整除时，调用上面的辅助函数，将 begin 节点和 head.next 节点之间的节点进行翻转。具体的操作可以看下面的图片演示。
之后，将 head 指针指向 begin 指针的下一个节点（这里为 4），即 head = begin.next。如此循环往复，直到 head 节点为 null，则结束所有操作。
Java 实现
/**
* Definition for singly-linked list.
* public class ListNode {
* int val;
* ListNode next;
* ListNode(int x) { val = x; }
* }
*/
class Solution {
public ListNode reverseKGroup(ListNode head, int k) {
// boundary judgement
boolean hasNoOrOneNode = (head == null || head.next == null);
if (hasNoOrOneNode || k == 1) {
return head;
}
ListNode dummy = new ListNode(-1);
dummy.next = head;
ListNode begin = dummy;
int i = 0;
while (head != null) {
++i;
if (i % k == 0) {
begin = reverse(begin, head.next);
head = begin.next;
} else {
head = head.next;
}
}
return dummy.next;
}
private ListNode reverse(ListNode begin, ListNode end) {
ListNode prev = begin, curr = begin.next;
ListNode first = curr;
while (curr != end) {
ListNode next = curr.next;
curr.next = prev;
prev = curr;
curr = next;
}
begin.next = prev;
first.next = curr;
return first;
}
}
// Runtime: 3 ms
// Your runtime beats 100.00 % of java submissions.
Python 实现
# Definition for singly-linked list.
# class ListNode:
# def __init__(self, x):
# self.val = x
# self.next = None
class Solution:
def reverseKGroup(self, head, k):
"""
:type head: ListNode
:type k: int
:rtype: ListNode
"""
has_no_or_one_node = (not head or not head.next)
if has_no_or_one_node or k == 1:
return head
dummy = ListNode(-1)
dummy.next = head
begin = dummy
i = 0
while head:
i += 1
if i % k == 0:
begin = self._reverse(begin, head.next)
head = begin.next
else:
head = head.next
return dummy.next
def _reverse(self, begin, end):
prev, curr, first = begin, begin.next, begin.next
while curr != end:
curr.next, prev, curr = prev, curr, curr.next
begin.next, first.next = prev, curr
return first
复杂度分析
- 时间复杂度：\(O(n)\)
- 空间复杂度：\(O(1)\)
解法二：递归（不满足空间复杂度）
思路
递归的思路和迭代的思路是一样的，也是对 k 个为一组的节点进行翻转，区别在于递归是按照从后往前的顺序分别对每组节点进行翻转，而迭代则是从前往后。
Java 实现
/**
* Definition for singly-linked list.
* public class ListNode {
* int val;
* ListNode next;
* ListNode(int x) { val = x; }
* }
*/
class Solution {
public ListNode reverseKGroup(ListNode head, int k) {
ListNode curr = head;
int i = 0;
while (curr != null && i < k) {
++i;
curr = curr.next;
}
if (i == k) {
curr = reverseKGroup(curr, k);
while (i > 0) {
ListNode tmp = head.next;
head.next = curr;
curr = head;
head = tmp;
--i;
}
head = curr;
}
return head;
}
}
Python 实现
# Definition for singly-linked list.
# class ListNode:
# def __init__(self, x):
# self.val = x
# self.next = None
class Solution:
def reverseKGroup(self, head, k):
"""
:type head: ListNode
:type k: int
:rtype: ListNode
"""
curr = head
i = 0
while curr and i < k:
curr = curr.next
i += 1
if i == k:
curr = self.reverseKGroup(curr, k)
while i > 0:
head.next, head, curr = curr, head.next, head
i -= 1
head = curr
return head
复杂度分析
- 时间复杂度：\(O(n)\)
- 空间复杂度：\(O(n)\)
