我畫了20張圖，終于讓女朋友學會了翻轉(zhuǎn)鏈表
前言
如果說數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是算法的基礎(chǔ)，那么數(shù)組和鏈表就是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。因為像堆，棧，樹，圖等比較復雜的數(shù)組結(jié)基本上都可以由數(shù)組和鏈表來表示，所以掌握數(shù)組和鏈表的基本操作十分重要。
鏈表的知識點蠻多的，所以分成上下兩篇，這篇主要講解鏈表翻轉(zhuǎn)的解題技巧，下篇主要講關(guān)于鏈表快慢指針的知識點，干貨很多，建議先收藏再看。認真看完保證收獲滿滿！
今天就來看看鏈表的基本操作及其在面試中的常見解題思路,本文將從以下幾個點來講解鏈表的核心知識
什么是鏈表，鏈表的優(yōu)缺點 鏈表的表示及基本操作 面試中鏈表的常見解題思路---翻轉(zhuǎn)
什么是鏈表
相信大家已經(jīng)開始迫不及待地想用鏈表解題了，不過在開始之前我們還是要先來溫習下鏈表的定義，以及它的優(yōu)勢與劣勢，磨刀不誤砍柴功！
鏈表的定義
鏈表是物理存儲單元上非連續(xù)的、非順序的存儲結(jié)構(gòu)，它是由一個個結(jié)點，通過指針來聯(lián)系起來的，其中每個結(jié)點包括數(shù)據(jù)和指針。
鏈表的非連續(xù)，非順序，對應(yīng)數(shù)組的連續(xù)，順序，我們來看看整型數(shù)組 1，2，3，4 在內(nèi)存中是如何表示的
可以看到數(shù)組的每個元素都是連續(xù)緊鄰分配的，這叫連續(xù)性，同時由于數(shù)組的元素占用的大小是一樣的，在 Java 中 int 型大小固定為 4 個字節(jié),所以如果數(shù)組的起始地址是 100， 由于這些元素在內(nèi)存中都是連續(xù)緊鄰分配的，大小也一樣，可以很容易地找出數(shù)組中任意一個元素的位置，比如數(shù)組中的第三個元素起始地址為 100 + 2 * 4 = 108,這就叫順序性。查找的時間復雜度是O(1),效率很高！
那鏈表在內(nèi)存中是怎么表示的呢
可以看到每個結(jié)點都分配在非連續(xù)的位置，結(jié)點與結(jié)點之間通過指針連在了一起，所以如果我們要找比如值為 3 ?的結(jié)點時，只能通過結(jié)點 1 從頭到尾遍歷尋找，如果元素少還好，如果元素太多（比如超過一萬個），每個元素的查找都要從頭開始查找，時間復雜度是O(n)，比起數(shù)組的 O(1)，差距不小。
除了查找性能鏈表不如數(shù)組外，還有一個優(yōu)勢讓數(shù)組的性能高于鏈表,這里引入程序局部性原理，啥叫程序局部性原理。
我們知道 CPU 運行速度是非?？斓?，如果 CPU 每次運算都要到內(nèi)存里去取數(shù)據(jù)無疑是很耗時的，所以在 CPU 與內(nèi)存之間往往集成了挺多層級的緩存，這些緩存越接近CPU，速度越快，所以如果能提前把內(nèi)存中的數(shù)據(jù)加載到如下圖中的 L1, L2, L3 緩存中，那么下一次 CPU 取數(shù)的話直接從這些緩存里取即可，能讓CPU執(zhí)行速度加快，那什么情況下內(nèi)存中的數(shù)據(jù)會被提前加載到 L1,L2,L3 緩存中呢，答案是當某個元素被用到的時候，那么這個元素地址附近的的元素會被提前加載到緩存中
以上文整型數(shù)組 1，2，3，4為例，當程序用到了數(shù)組中的第一個元素（即 1）時，由于 CPU 認為既然 1 被用到了，那么緊鄰它的元素 2，3，4 被用到的概率會很大，所以會提前把 2，3，4 加到 L1,L2,L3 緩存中去，這樣 CPU 再次執(zhí)行的時候如果用到 2，3，4，直接從 L1,L2,L3 緩存里取就行了，能提升不少性能
畫外音：如果把 CPU 的一個時種看成一秒，則從 L1 讀取數(shù)據(jù)需要 3 秒，從 L2 讀取需要 11 秒，L3讀取需要 25秒，而從內(nèi)存讀取呢，需要 1 分 40 秒，所以程序局部性原理能對 CPU 執(zhí)行性能有很大的提升
而鏈表呢，由于鏈表的每個結(jié)點在內(nèi)存里都是隨機分布的，只是通過指針聯(lián)系在一起，所以這些結(jié)點的地址并不相鄰，自然無法利用 程序局部性原理 來提前加載到 L1,L2,L3 緩存中來提升程序性能。
畫外音：程序局部性原理是計算機中非常重要的原理，這里不做展開，建議大家查閱相關(guān)資料詳細了解一下
如上所述，相比數(shù)組，鏈表的非連續(xù)，非順序確實讓它在性能上處于劣勢，那什么情況下該使用鏈表呢？考慮以下情況
大內(nèi)存空間分配
由于數(shù)組空間的連續(xù)性，如果要為數(shù)組分配 500M 的空間，這 500M 的空間必須是連續(xù)的，未使用的，所以在內(nèi)存空間的分配上數(shù)組的要求會比較嚴格，如果內(nèi)存碎片太多，分配連續(xù)的大空間很可能導致失敗。而鏈表由于是非連續(xù)的，所以這種情況下選擇鏈表更合適。
元素頻繁刪除和插入
如果涉及到元素的頻繁刪除和插入，用鏈表就會高效很多，對于數(shù)組來說，如果要在元素間插入一個元素，需要把其余元素一個個往后移（如圖示），以為新元素騰空間（同理，如果是刪除則需要把被刪除元素之后的元素一個個往前移），效率上無疑是比較低的。
(在 1，2 間插入 5，需要把2，3，4 同時往后移一位)
而鏈表的插入刪除相對來說就比較簡單了，修改指針位置即可，其他元素無需做任何移動操作（如圖示：以插入為例）
綜上所述：如果數(shù)據(jù)以查為主，很少涉及到增和刪，選擇數(shù)組，如果數(shù)據(jù)涉及到頻繁的插入和刪除，或元素所需分配空間過大，傾向于選擇鏈表。
說了這么多理論，相信讀者對數(shù)組和鏈表的區(qū)別應(yīng)該有了更深刻地認識了，尤其是 程序局部性原理，是不是開了不少眼界^_^，如果面試中問到數(shù)組和鏈表的區(qū)別能回答到程序局部性原理，會是一個非常大的亮點！
接下來我們來看看鏈表的表現(xiàn)形式和解題技巧
需要說明的是有些代碼像打印鏈表等限于篇幅的關(guān)系沒有在文中展示，我把文中所有相關(guān)代碼都放到 github 中了，大家如果需要，可以訪問我的 github 地址: https://github.com/allentofight/algorithm 下載運行（微信不支持外鏈，建議大家 copy 之后瀏覽器打開再下載運行），文中所有代碼均已用 Java 實現(xiàn)并運行通過
鏈表的表示
由于鏈表的特點（查詢或刪除元素都要從頭結(jié)點開始）,所以我們只要在鏈表中定義頭結(jié)點即可,另外如果要頻繁用到鏈表的長度，還可以額外定義一個變量來表示。
需要注意的是這個頭結(jié)點的定義是有講究的，一般來說頭結(jié)點有兩種定義形式，一種是直接以某個元素結(jié)點為頭結(jié)點,如下
一種是以一個虛擬的節(jié)點作為頭結(jié)點，即我們常說的哨兵，如下
定義這個哨兵有啥好處呢，假設(shè)我們不定義這個哨兵，來看看鏈表及添加元素的基本操作怎么定義的
/**
* 鏈表中的結(jié)點，data代表節(jié)點的值，next是指向下一個節(jié)點的引用
*/
class Node {
int data;// 結(jié)點的數(shù)組域，值
Node next = null;// 節(jié)點的引用，指向下一個節(jié)點
public Node(int data) {
this.data = data;
}
}
/**
* 鏈表
*/
public class LinkedList {
int length = 0; // 鏈表長度，非必須，可不加
Node head = null; // 頭結(jié)點
public void addNode(int val) {
if (head == null) {
head = new Node(val);
} else {
Node tmp = head;
while (tmp.next != null) {
tmp.next = tmp;
}
tmp.next = new Node(val);
}
}
}
發(fā)現(xiàn)問題了嗎，注意看下面代碼
有兩個問題：
每插入一個元素都要對頭結(jié)點進行判空比較，如果一個鏈表有很多元素需要插入，就需要進行很多次的判空處理，不是那么高效 頭結(jié)點與其他結(jié)點插入邏輯不統(tǒng)一（一個需要判空后再插入，一個不需要判空直接插入）,從程序邏輯性來說不是那么合理（因為結(jié)點與結(jié)點是平級，添加邏輯理應(yīng)相同）
如果定義了哨兵結(jié)點，以上兩個問題都可解決，來看下使用哨兵結(jié)點的鏈表定義
public class LinkedList {
int length = 0; // 鏈表長度，非必須，可不加
Node head = new Node(0); // 哨兵結(jié)點
public void addNode(int val) {
Node tmp = head;
while (tmp.next != null) {
tmp.next = tmp;
}
tmp.next = new Node(val);
}
}
可以看到，定義了哨兵結(jié)點的鏈表邏輯上清楚了很多,不用每次插入元素都對頭結(jié)點進行判空，也統(tǒng)一了每一個結(jié)點的添加邏輯。
所以之后的習題講解中我們使用的鏈表都是使用定義了哨兵結(jié)點的形式。
做了這么多前期的準備工作，終于要開始我們的正餐了：鏈表解題常用套路--翻轉(zhuǎn)！
鏈表常見解題套路
熱身賽
既然我們要用鏈表解題，那我們首先就構(gòu)造一個鏈表吧?
題目：給定數(shù)組 1，2，3，4 構(gòu)造如下鏈表 head-->4---->3---->2---->1
看清楚了，是逆序構(gòu)造鏈表！順序構(gòu)造我們都知道怎么構(gòu)造，對每個元素持續(xù)調(diào)用上文代碼定義的 addNode 方法即可（即尾插法），與尾插法對應(yīng)的，是頭插法，即把每一個元素插到頭節(jié)點后面即可，這樣就能做到逆序構(gòu)造鏈表，如圖示（以插入1，2 為例）
頭插法比較簡單，直接上代碼,直接按以上動圖的步驟來完成邏輯，如下
public class LinkedList {
int length = 0; // 鏈表長度，非必須，可不加
Node head = new Node(0); // 哨兵節(jié)點
// 頭插法
public void headInsert(int val) {
// 1.構(gòu)造新結(jié)點
Node newNode = new Node(val);
// 2.新結(jié)點指向頭結(jié)點之后的結(jié)點
newNode.next = head.next;
// 3.頭結(jié)點指向新結(jié)點
head.next = newNode;
}
public static void main(String[] args) {
LinkedList linkedList = new LinkedList();
int[] arr = {1,2,3,4};
// 頭插法構(gòu)造鏈表
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
linkedList.headInsert(arr[i]);
}
// 打印鏈表,將打印 4-->3-->2-->1
linkedList.printList();
}
}
小試牛刀
現(xiàn)在我們加大一下難度，來看下曾經(jīng)的 Google 面試題：給定單向鏈表的頭指針和一個節(jié)點指針，定義一個函數(shù)在 O(1) 內(nèi)刪除這個節(jié)點。
如圖示：給定值為 2 的結(jié)點，如何把這個結(jié)點給刪了。
我們知道，如果給定一個結(jié)點要刪除它的后繼結(jié)點是很簡單的，只要把這個結(jié)點的指針指向后繼結(jié)點的后繼結(jié)點即可
如圖示：給定結(jié)點 2，刪除它的后繼結(jié)點 3， 把結(jié)點 2 的 next 指針指向 3 的后繼結(jié)點 4 即可。
但給定結(jié)點 2，該怎么刪除結(jié)點 2 本身呢，注意題目沒有規(guī)定說不能改變結(jié)點中的值，所以有一種很巧妙的方法，貍貓換太子！我們先通過結(jié)點 2 找到結(jié)點 3，再把節(jié)點 3 的值賦給結(jié)點 2，此時結(jié)點 2 的值變成了 3，這時候問題就轉(zhuǎn)化成了上圖這種比較簡單的需求，即根據(jù)結(jié)點 2 把結(jié)點 3 移除即可，看圖
不過需要注意的是這種解題技巧只適用于被刪除的指定結(jié)點是中間結(jié)點的情況，如果指定結(jié)點是尾結(jié)點，還是要老老實實地找到尾結(jié)點的前繼結(jié)點，再把尾結(jié)點刪除，代碼如下
/**
* 刪除指定的結(jié)點
* @param deletedNode
*/
public void removeSelectedNode(Node deletedNode) {
// 如果此結(jié)點是尾結(jié)點我們還是要從頭遍歷到尾結(jié)點的前繼結(jié)點，再將尾結(jié)點刪除
if (deletedNode.next == null) {
Node tmp = head;
while (tmp.next != deletedNode) {
tmp = tmp.next;
}
// 找到尾結(jié)點的前繼結(jié)點，把尾結(jié)點刪除
tmp.next = null;
} else {
Node nextNode = deletedNode.next;
// 將刪除結(jié)點的后繼結(jié)點的值賦給被刪除結(jié)點
deletedNode.data = nextNode.data;
// 將 nextNode 結(jié)點刪除
deletedNode.next = nextNode.next;
nextNode.next = null;
}
}
入門到進階:鏈表翻轉(zhuǎn)
接下來我們會重點看一下鏈表的翻轉(zhuǎn)，鏈表的翻轉(zhuǎn)可以衍生出很多的變形，是面試中非常熱門的考點，基本上考鏈表必考翻轉(zhuǎn)！所以掌握鏈表的翻轉(zhuǎn)是必修課！
什么是鏈表的翻轉(zhuǎn):給定鏈表 head-->4--->3-->2-->1，將其翻轉(zhuǎn)成 head-->1-->2-->3-->4 ，由于翻轉(zhuǎn)鏈表是如此常見，如此重要，所以我們分別詳細講解下如何用遞歸和非遞歸這兩種方式來解題
遞歸翻轉(zhuǎn)
關(guān)于遞歸的文章之前寫了三篇，如果之前沒讀過的，強烈建議點擊這里查看，總結(jié)了遞歸的常見解題套路,給出了遞歸解題的常見四步曲，如果看完對以下遞歸的解題套路會更加深刻，這里不做贅述了，我們直接套遞歸的解題思路：
首先我們要查看翻轉(zhuǎn)鏈表是否符合遞歸規(guī)律：問題可以分解成具有相同解決思路的子問題，子子問題...，直到最終的子問題再也無法分解。
要翻轉(zhuǎn) head--->4--->3-->2-->1 鏈表，不考慮 head 結(jié)點，分析 4--->3-->2-->1，仔細觀察我們發(fā)現(xiàn)只要先把 3-->2-->1 翻轉(zhuǎn)成 3<----2<----1，之后再把 3 指向 4 即可（如下圖示）
圖：翻轉(zhuǎn)鏈表主要三步驟
只要按以上步驟定義好這個翻轉(zhuǎn)函數(shù)的功能即可， 這樣由于子問題與最初的問題具有相同的解決思路，拆分后的子問題持續(xù)調(diào)用這個翻轉(zhuǎn)函數(shù)即可達到目的。
注意看上面的步驟1，問題的規(guī)模是不是縮小了（如下圖），從翻轉(zhuǎn)整個鏈表變成了只翻轉(zhuǎn)部分鏈表！問題與子問題都是從某個結(jié)點開始翻轉(zhuǎn)，具有相同的解決思路，另外當縮小到只翻轉(zhuǎn)一個結(jié)點時，顯然是終止條件，符合遞歸的條件！之后的翻轉(zhuǎn) 3-->2-->1, 2-->1 持續(xù)調(diào)用這個定義好的遞歸函數(shù)即可！
既然符合遞歸的條件，那我們就可以套用遞歸四步曲來解題了（注意翻轉(zhuǎn)之后 head 的后繼節(jié)點變了，需要重新設(shè)置！別忘了這一步）
1、定義遞歸函數(shù),明確函數(shù)的功能 根據(jù)以上分析，這個遞歸函數(shù)的功能顯然是翻轉(zhuǎn)某個節(jié)點開始的鏈表，然后返回新的頭結(jié)點
/**
* 翻轉(zhuǎn)結(jié)點 node 開始的鏈表
*/
public Node invertLinkedList(Node node) {
}
2、尋找遞推公式 上文中已經(jīng)詳細畫出了翻轉(zhuǎn)鏈表的步驟，簡單總結(jié)一下遞推步驟如下
針對結(jié)點 node (值為 4), 先翻轉(zhuǎn) node 之后的結(jié)點 ? invert(node->next) ,翻轉(zhuǎn)之后 4--->3--->2--->1 變成了 4--->3<---2<---1 再把 node 節(jié)點的下個節(jié)點（3）指向 node，node 的后繼節(jié)點設(shè)置為空（避免形成環(huán)），此時變成了 4<---3<---2<---1 返回新的頭結(jié)點，因為此時新的頭節(jié)點從原來的 4 變成了 1，需要重新設(shè)置一下 head
3、將遞推公式代入第一步定義好的函數(shù)中，如下 (invertLinkedList)
/**
* 遞歸翻轉(zhuǎn)結(jié)點 node 開始的鏈表
*/
public Node invertLinkedList(Node node) {
if (node.next == null) {
return node;
}
// 步驟 1: 先翻轉(zhuǎn) node 之后的鏈表
Node newHead = invertLinkedList(node.next);
// 步驟 2: 再把原 node 節(jié)點后繼結(jié)點的后繼結(jié)點指向 node，node 的后繼節(jié)點設(shè)置為空(防止形成環(huán))
node.next.next = node;
node.next = null;
// 步驟 3: 返回翻轉(zhuǎn)后的頭結(jié)點
return newHead;
}
public static void main(String[] args) {
LinkedList linkedList = new LinkedList();
int[] arr = {4,3,2,1};
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
linkedList.addNode(arr[i]);
}
Node newHead = linkedList.invertLinkedList(linkedList.head.next);
// 翻轉(zhuǎn)后別忘了設(shè)置頭結(jié)點的后繼結(jié)點！
linkedList.head.next = newHead;
linkedList.printList(); // 打印 1，2，3，4
}
畫外音：翻轉(zhuǎn)后由于 head 的后繼結(jié)點變了，別忘了重新設(shè)置哦！
4、計算時間/空間復雜度 由于遞歸調(diào)用了 n 次 invertLinkedList 函數(shù)，所以時間復雜度顯然是 O(n), 空間復雜度呢，沒有用到額外的空間，但是由于遞歸調(diào)用了 ?n 次 invertLinkedList 函數(shù)，壓了 n 次棧，所以空間復雜度也是 O(n)。
遞歸一定要從函數(shù)的功能去理解，從函數(shù)的功能看，定義的遞歸函數(shù)清晰易懂，定義好了之后，由于問題與被拆分的子問題具有相同的解決思路，所以子問題只要持續(xù)調(diào)用定義好的功能函數(shù)即可，切勿層層展開子問題，此乃遞歸常見的陷阱！仔細看函數(shù)的功能，其實就是按照下圖實現(xiàn)的。(對照著代碼看，是不是清晰易懂^_^)
非遞歸翻轉(zhuǎn)鏈表（迭代解法）
我們知道遞歸比較容易造成棧溢出，所以如果有其他時間/空間復雜度相近或更好的算法，應(yīng)該優(yōu)先選擇非遞歸的解法,那我們看看如何用迭代來翻轉(zhuǎn)鏈表，主要思路如下
步驟 1：定義兩個節(jié)點：pre, cur ，其中 cur 是 pre 的后繼結(jié)點，如果是首次定義， 需要把 pre 指向 cur 的指針去掉，否則由于之后鏈表翻轉(zhuǎn)，cur 會指向 pre， 就進行了一個環(huán)(如下)，這一點需要注意
步驟2：知道了 cur 和 pre,翻轉(zhuǎn)就容易了，把 cur 指向 pre 即可，之后把 cur 設(shè)置為 pre ，cur 的后繼結(jié)點設(shè)置為 cur 一直往前重復此步驟即可,完整動圖如下
注意：同遞歸翻轉(zhuǎn)一樣，迭代翻轉(zhuǎn)完了之后 head 的后繼結(jié)點從 4 變成了 1，記得重新設(shè)置一下。
知道了解題思路，實現(xiàn)代碼就容易多了，直接上代碼
/**
* 迭代翻轉(zhuǎn)
*/
public void iterationInvertLinkedList() {
// 步驟 1
Node pre = head;
Node cur = pre.getNext();
pre.setNext(null); // pre 是頭結(jié)點，避免翻轉(zhuǎn)鏈表后形成環(huán)
// 步驟 2
while (cur != null) {
/**
* 務(wù)必注意!!!：在 cur 指向 pre 之前一定要先保留 cur 的后繼結(jié)點，不然如果 cur 先指向 pre，之后就再也找不到后繼結(jié)點了
*/
Node next = cur.getNext();
cur.setNext(pre);
pre = cur;
cur = next;
}
// 此時 pre 指向的是原鏈表的尾結(jié)點，翻轉(zhuǎn)后即為鏈表 head 的后繼結(jié)點
head.next = pre;
}
用迭代的思路來做由于循環(huán)了 n 次，顯然時間復雜度為 O(n),另外由于沒有額外的空間使用，也未像遞歸那樣調(diào)用遞歸函數(shù)不斷壓棧，所以空間復雜度是 O(1),對比遞歸，顯然應(yīng)該使用迭代的方式來處理！
花了這么大的精力我們總算把翻轉(zhuǎn)鏈表給搞懂了，如果大家看了之后幾道翻轉(zhuǎn)鏈表的變形，會發(fā)現(xiàn)我們花了這么大篇幅講解翻轉(zhuǎn)鏈表是值得的。
接下來我們來看看鏈表翻轉(zhuǎn)的變形
變形題 1：給定一個鏈表的頭結(jié)點 head,以及兩個整數(shù) from 和 to ,在鏈表上把第 from 個節(jié)點和第 to 個節(jié)點這一部分進行翻轉(zhuǎn)。例如：給定如下鏈表，from = 2, to = 4 head-->5-->4-->3-->2-->1 將其翻轉(zhuǎn)后，鏈表變成 head-->5--->2-->3-->4-->1
有了之前翻轉(zhuǎn)整個鏈表的解題思路，現(xiàn)在要翻轉(zhuǎn)部分鏈表就相對簡單多了,主要步驟如下:
根據(jù) from 和 to 找到 from-1, from, to, ?to+1 四個結(jié)點(注意臨界條件，如果 from 從頭結(jié)點開始，則 from-1 結(jié)點為空, 翻轉(zhuǎn)后需要把 to 設(shè)置為頭結(jié)點的后繼結(jié)點， from 和 to 結(jié)點也可能超過尾結(jié)點,這兩種情況不符合條件不翻轉(zhuǎn))。 對 from 到 to 的結(jié)點進行翻轉(zhuǎn) 將 from-1 節(jié)點指向 to 結(jié)點，將 from 結(jié)點指向 to + 1 結(jié)點
知道了以上的思路，代碼就簡單了,按上面的步驟1，2，3 實現(xiàn)，注釋也寫得很詳細，看以下代碼（對 from 到 to 結(jié)點的翻轉(zhuǎn)我們使用迭代翻轉(zhuǎn)，當然使用遞歸也是可以的，限于篇幅關(guān)系不展開，大家可以嘗試一下）。
/**
* 迭代翻轉(zhuǎn) from 到 to 的結(jié)點
*/
public void iterationInvertLinkedList(int fromIndex, int toIndex) throws Exception {
Node fromPre = null; // from-1結(jié)點
Node from = null; // from 結(jié)點
Node to = null; // to 結(jié)點
Node toNext = null; // to+1 結(jié)點
// 步驟 1：找到 from-1, from, to, to+1 這四個結(jié)點
Node tmp = head.next;
int curIndex = 1; // 頭結(jié)點的index為1
while (tmp != null) {
if (curIndex == fromIndex-1) {
fromPre = tmp;
} else if (curIndex == fromIndex) {
from = tmp;
} else if (curIndex == toIndex) {
to = tmp;
} else if (curIndex == toIndex+1) {
toNext = tmp;
}
tmp = tmp.next;
curIndex++;
}
if (from == null || to == null) {
// from 或 to 都超過尾結(jié)點不翻轉(zhuǎn)
throw new Exception("不符合條件");
}
// 步驟2：以下使用循環(huán)迭代法翻轉(zhuǎn)從 from 到 to 的結(jié)點
Node pre = from;
Node cur = pre.next;
while (cur != toNext) {
Node next = cur.next;
cur.next = pre;
pre = cur;
cur = next;
}
// 步驟3：將 from-1 節(jié)點指向 to 結(jié)點（如果從 head 的后繼結(jié)點開始翻轉(zhuǎn)，則需要重新設(shè)置 head 的后繼結(jié)點），將 from 結(jié)點指向 to + 1 結(jié)點
if (fromPre != null) {
fromPre.next = to;
} else {
head.next = to;
}
from.next = toNext;
}
變形題 2：給出一個鏈表，每 k 個節(jié)點一組進行翻轉(zhuǎn)，并返回翻轉(zhuǎn)后的鏈表。k 是一個正整數(shù)，它的值小于或等于鏈表的長度。如果節(jié)點總數(shù)不是 k 的整數(shù)倍，那么將最后剩余節(jié)點保持原有順序。
示例 : 給定這個鏈表：head-->1->2->3->4->5 當 k = 2 時，應(yīng)當返回: head-->2->1->4->3->5 當 k = 3 時，應(yīng)當返回: head-->3->2->1->4->5 說明 :
你的算法只能使用常數(shù)的額外空間。 你不能只是單純的改變節(jié)點內(nèi)部的值，而是需要實際的進行節(jié)點交換。
這道題是 LeetCode 的原題,屬于 hard 級別，如果這一題你懂了，那對鏈表的翻轉(zhuǎn)應(yīng)該基本沒問題了，有了之前的翻轉(zhuǎn)鏈表基礎(chǔ)，相信這題不難。
只要我們能找到翻一組 k 個結(jié)點的方法，問題就解決了（之后只要重復對 k 個結(jié)點一組的鏈表進行翻轉(zhuǎn)即可）。
接下來，我們以以下鏈表為例
來看看怎么翻轉(zhuǎn) 3 個一組的鏈表（此例中 k = 3）
首先，我們要記錄 3 個一組這一段鏈表的前繼結(jié)點,定義為 startKPre,然后再定義一個 step, 從這一段的頭結(jié)點 (1）開始遍歷 2 次，找出這段鏈表的起始和終止結(jié)點，如下圖示
找到 startK 和 endK 之后，根據(jù)之前的迭代翻轉(zhuǎn)法對 startK 和 endK 的這段鏈表進行翻轉(zhuǎn)
然后將 startKPre 指向 endK,將 startK 指向 endKNext，即完成了對 k 個一組結(jié)點的翻轉(zhuǎn)。
知道了一組 k 個怎么翻轉(zhuǎn)，之后只要重復對 k 個結(jié)點一組的鏈表進行翻轉(zhuǎn)即可，對照圖示看如下代碼應(yīng)該還是比較容易理解的
/**
* 每 k 個一組翻轉(zhuǎn)鏈表
* @param k
*/
public void iterationInvertLinkedListEveryK(int k) {
Node tmp = head.next;
int step = 0; // 計數(shù)，用來找出首結(jié)點和尾結(jié)點
Node startK = null; // k個一組鏈表中的頭結(jié)點
Node startKPre = head; // k個一組鏈表頭結(jié)點的前置結(jié)點
Node endK; // k個一組鏈表中的尾結(jié)點
while (tmp != null) {
// tmp 的下一個節(jié)點,因為由于翻轉(zhuǎn)，tmp 的后繼結(jié)點會變,要提前保存
Node tmpNext = tmp.next;
if (step == 0) {
// k 個一組鏈表區(qū)間的頭結(jié)點
startK = tmp;
step++;
} else if (step == k-1) {
// 此時找到了 k 個一組鏈表區(qū)間的尾結(jié)點（endK）,對這段鏈表用迭代進行翻轉(zhuǎn)
endK = tmp;
Node pre = startK;
Node cur = startK.next;
if (cur == null) {
break;
}
Node endKNext = endK.next;
while (cur != endKNext) {
Node next = cur.next;
cur.next = pre;
pre = cur;
cur = next;
}
// 翻轉(zhuǎn)后此時 endK 和 startK 分別是是 k 個一組鏈表中的首尾結(jié)點
startKPre.next = endK;
startK.next = endKNext;
// 當前的 k 個一組翻轉(zhuǎn)完了，開始下一個 k 個一組的翻轉(zhuǎn)
startKPre = startK;
step = 0;
} else {
step++;
}
tmp = tmpNext;
}
}
時間復雜度是多少呢，對鏈表從頭到尾循環(huán)了 n 次，同時每 k 個結(jié)點翻轉(zhuǎn)一次，可以認為總共翻轉(zhuǎn)了 n 次，所以時間復雜度是O(2n),去掉常數(shù)項，即為 O(n)。注：這題時間復雜度比較誤認為是O(k * n),實際上并不是每一次鏈表的循環(huán)都會翻轉(zhuǎn)鏈表，只是在循環(huán)鏈表元素每 k 個結(jié)點的時候才會翻轉(zhuǎn)
變形題 3: 變形 2 針對的是順序的 k 個一組翻轉(zhuǎn)，那如何逆序 k 個一組進行翻轉(zhuǎn)呢
例如：給定如下鏈表， head-->1-->2-->3-->4-->5 逆序 k 個一組翻轉(zhuǎn)后，鏈表變成
head-->1--->3-->2-->5-->4?（k = 2 時）?
這道題是字節(jié)跳動的面試題，確實夠變態(tài)的，順序 k 個一組翻轉(zhuǎn)都已經(jīng)屬于 hard 級別了，逆序 k 個一組翻轉(zhuǎn)更是屬于 super hard 級別了，不過其實有了之前知識的鋪墊，應(yīng)該不難，只是稍微變形了一下，只要對鏈表做如下變形即可
代碼的每一步其實都是用了我們之前實現(xiàn)好的函數(shù)，所以我們之前做的每一步都是有伏筆的哦！就是為了解決字節(jié)跳動這道終極面試題！
/**
* 逆序每 k 個一組翻轉(zhuǎn)鏈表
* @param k
*/
public void reverseIterationInvertLinkedListEveryK(int k) {
// 先翻轉(zhuǎn)鏈表
iterationInvertLinkedList();
// k 個一組翻轉(zhuǎn)鏈表
iterationInvertLinkedListEveryK(k);
// 再次翻轉(zhuǎn)鏈表
iterationInvertLinkedList();
}
由此可見，掌握基本的鏈表翻轉(zhuǎn)非常重要！難題多是在此基礎(chǔ)了做了相應(yīng)的變形而已
總結(jié)
本文詳細講解了鏈表與數(shù)組的本質(zhì)區(qū)別，相信大家對兩者的區(qū)別應(yīng)該有了比較深刻的認識，尤其是程序局部性原理，相信大家看了應(yīng)該會眼前一亮，之后通過對鏈表的翻轉(zhuǎn)由淺入深地介紹，相信之后的鏈表翻轉(zhuǎn)對大家應(yīng)該不是什么難事了，不過建議大家親自實現(xiàn)一遍文中的代碼哦，這樣印象會更深刻一些！有時候看起來思路是這么一回事，但真正操作起來還是會有不少坑，紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行！
文中的所有代碼均已更新在我的 github 地址上: ?https://github.com/allentofight/algorithm,大家如果需要，可以下載運行
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