一、反转整个链表
问题:定义一个函数,输入一个链表的头节点,反转该链表并输出反转后链表的头节点。
示例:
输入: 1->2->3->4->5->NULL
输出: 5->4->3->2->1->NULL
//单链表的实现结构
public class ListNode {
int val;
ListNode next;
ListNode(int x) { val = x;}
}
反转链表利用迭代不难实现,如果使用递归则有些许难度。
首先来看源码实现:
ListNode reverse(ListNode head) {
if(head == null || head.next == null)
return head;
ListNode ret = reverse(head.next);
head.next.next = head;
head.next = null;
return ret;
}
是否看起来不知所云,而又被这如此简洁的代码所震撼?让我们一起探索一下其中的奥秘。
对于递归算法,最重要的是明确递归函数的定义。
我们的reverse
函数的定义如下:
输入一个节点head
,将以head
为起点的链表反转,并返回反转之后的头节点。
明白了函数的定义后,在来看这个问题。比如我们想反转这个链表
那么输入reverse(head)
后,会在ListNode ret = reverse(head.next);
进行递归
不要跳进递归!(你的脑袋能压几个栈呀?)
根据reverse
函数的定义,函数调用后会返回反转之后的头节点,我们用变量ret
接收
现在再来看一下代码
head.next.next = head;
接下来:
head.next = null;
return ret;
再跳出这层递归就会得到:
神不神奇,这样整个链表就反转过来了!
递归代码就是这么简洁优雅,但要注意两个问题:
1、递归函数要有base case,不然就会一直递归,导致栈溢出
if (head == null || head.next == null) return head;
即链表为空或只有一个节点,直接返回
2、当链表递归反转后,新的头节点为ret
,而head
变成了最后一个节点,应该令链表的某尾指向null
head.next = null;
理解这两个问题之后,我们可以进一步深入研究链表反转的问题,接下来的问题其实均为在这个算法上的扩展。
二、反转链表前N个节点
接下来我们来看这个问题:
问题:反转链表前N个节点,并返回链表头节点
说明:1 <= N <= 链表长度
示例:
输入: 1->2->3->4->5->NULL, n = 4
输出: 4->3->2->1->5->NULL
解决思路和反转整个链表差不多,只需稍加修改
ListNode successor = null; // 后驱节点(第 n + 1 个节点)
ListNdoe reverseN(ListNode head, int n) {
if (n == 1) {
successor = head.next;
return head;
}
// 以 head.next 为起点,需要反转前 n - 1 个节点
ListNode ret = reverseN(head.next, n - 1);
head.next.next = head;
head.next = successor; // 将反转后的 head 与后面节点连接
return ret;
}
具体区别:
1、base case 变为n == 1
, 同时需要记录后驱节点。
2、之前把head.next
设置为null
,因为整个链表反转后,head
变为最后一个节点。
现在head
节点在递归反转后不一定为最后一个节点,故应记录后驱successor
(第 n + 1 个节点), 反转之后将head
连接上。
OK,如果这个函数你也能看懂,就离实现反转一部分链表不远了。
三、反转链表的一部分
现在我们开始解决这个问题,给一个索引区间[m, n]
(索引从1开始),仅仅反转区间中的链表元素。
说明:1 <= m <= n <= 链表长度
示例:
输入: 1->2->3->4->5->NULL, m = 2, n = 4
输出: 1->4->3->2->5->NULL
猛一看很难想到思路。
试想一下,如果m == 1
,就相当于反转链表的前 n 元素嘛,也就是我们刚才实现的功能:
ListNode reverseBetween(ListNode head, int m, int n) {
//base case
if (m == 1) {
return reverseN(head, n); // 相当于反转前 n 个元素
}
// ...
}
那如果m != 1
该怎么办?
如果把head
的索引视为1
,那么我们是想从第m
个元素开始反转;
如果把head.next
的索引视为1
,那么我们是想从第m - 1
个元素开始反转;
如果把head.next.next
的索引视为1
,那么我们是想从第m - 2
个元素开始反转;
......
区别于迭代思想,这就是递归的思想,所以我们可以完成代码:
ListNode reverseBetween(ListNode head, int m, int n) {
// base case
if (m == 1) {
return reverseN(head, n);
}
// 递归前进到触发 base case (m == 1)
head.next = reverseBetween(head.next, m - 1, n - 1);
return head;
}
至此,我们终于干掉了大BOSS!