力扣第二十五题——K个一组反转链表

内容介绍

给你链表的头节点 head ，每 k 个节点一组进行翻转，请你返回修改后的链表。

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，那么请将最后剩余的节点保持原有顺序。

你不能只是单纯的改变节点内部的值，而是需要实际进行节点交换。

示例 1：

输入：head = [1,2,3,4,5], k = 2
输出：[2,1,4,3,5]

示例 2：

输入：head = [1,2,3,4,5], k = 3
输出：[3,2,1,4,5]

提示：

• 链表中的节点数目为 n
• 1 <= k <= n <= 5000
• 0 <= Node.val <= 1000

进阶：你可以设计一个只用 O(1) 额外内存空间的算法解决此问题吗？

完整代码

 class Solution {
    public ListNode reverseKGroup(ListNode head, int k) {
        ListNode hair = new ListNode(0);
        hair.next = head;
        ListNode pre = hair;

        while (head != null) {
            ListNode tail = pre;
            // 查看剩余部分长度是否大于等于 k
            for (int i = 0; i < k; ++i) {
                tail = tail.next;
                if (tail == null) {
                    return hair.next;
                }
            }
            ListNode nex = tail.next;
            ListNode[] reverse = myReverse(head, tail);
            head = reverse[0];
            tail = reverse[1];
            // 把子链表重新接回原链表
            pre.next = head;
            tail.next = nex;
            pre = tail;
            head = tail.next;
        }

        return hair.next;
    }

    public ListNode[] myReverse(ListNode head, ListNode tail) {
        ListNode prev = tail.next;
        ListNode p = head;
        while (prev != tail) {
            ListNode nex = p.next;
            p.next = prev;
            prev = p;
            p = nex;
        }
        return new ListNode[]{tail, head};
    }
}

思路详解

一、解决思路

1. 辅助头节点：创建一个辅助头节点hair，其下一个节点指向原链表的头节点head。这样做的好处是在翻转链表的过程中，可以简化边界条件的处理。
2. 分组检查：使用一个循环来检查链表中剩余的节点是否至少有 k 个，以决定是否进行翻转。
3. 翻转链表：对于每一组 k 个节点，使用一个辅助函数myReverse来进行翻转。
4. 重新连接：翻转后，需要将翻转的子链表重新连接到原链表中。

二、详细步骤

1. 初始化辅助头节点：

   ListNode hair = new ListNode(0);
   hair.next = head;
   ListNode pre = hair;
   

   这里pre节点用于在翻转后重新连接链表。

2. 遍历链表：

   while (head != null) {
   

   当head不为空时，继续处理链表。

3. 检查剩余节点数量：

   ListNode tail = pre;
   for (int i = 0; i < k; ++i) {
       tail = tail.next;
       if (tail == null) {
           return hair.next;
       }
   }
   

   通过一个循环，检查从当前pre节点开始的 k 个节点是否存在。如果不足 k 个，则直接返回辅助头节点的下一个节点。

4. 记录翻转后的子链表：

   ListNode nex = tail.next;
   ListNode[] reverse = myReverse(head, tail);
   head = reverse[0];
   tail = reverse[1];
   

   myReverse函数翻转从head到tail的子链表，并返回翻转后的头尾节点。

5. 重新连接链表：

   pre.next = head;
   tail.next = nex;
   pre = tail;
   head = tail.next;
   

   将翻转后的子链表连接回原链表，并更新pre和head指针。

6. 翻转函数：

   public ListNode[] myReverse(ListNode head, ListNode tail) {
       ListNode prev = tail.next;
       ListNode p = head;
       while (prev != tail) {
           ListNode nex = p.next;
           p.next = prev;
           prev = p;
           p = nex;
       }
       return new ListNode[]{tail, head};
   }
   

   该函数通过迭代的方式翻转链表，直到p指向tail。

四、返回结果

return hair.next;

最终返回辅助头节点的下一个节点，即翻转后的链表头节点。

通过以上步骤，我们可以实现每 k 个一组翻转链表的功能。该算法的时间复杂度为 O(n)，空间复杂度为 O(1)，其中 n 是链表中的节点数量。

知识点精炼

一、链表基本概念

1. 链表是由一系列节点组成的数据结构，每个节点包含数据域和指针域。
2. 链表的第一个节点称为头节点，最后一个节点的指针域为空。

二、K个一组翻转链表核心知识点

1. 辅助头节点：引入辅助头节点简化边界条件处理，便于统一操作。
2. 分组检查：通过循环检查链表剩余节点是否达到 k 个，以决定是否进行翻转。
3. 链表翻转：使用迭代方法实现链表翻转，保持翻转过程中节点间的连接。
4. 重新连接：翻转后的子链表需要重新连接到原链表中，保持链表的完整性。

三、关键步骤

1. 初始化：创建辅助头节点，初始化前驱节点pre。
2. 遍历与检查：遍历链表，检查每组是否有 k 个节点。
3. 翻转操作：对每组 k 个节点进行翻转，记录翻转后的头尾节点。
4. 连接链表：将翻转后的子链表连接回原链表，并更新前驱节点和当前节点。

四、注意事项

1. 边界条件：确保在节点数量不足 k 个时，不进行翻转操作。
2. 指针更新：在翻转和连接操作中，正确更新指针，避免链表断裂。
3. 辅助函数：编写清晰的辅助函数，简化主函数逻辑。

五、实际应用

1. 链表操作：掌握 K 个一组翻转链表，提高链表操作能力。
2. 算法思维：通过递归和迭代结合的方式，培养灵活的算法思维。