0024.两两交换链表中的节点

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# 24. 两两交换链表中的节点 [力扣题目链接](https://leetcode.cn/problems/swap-nodes-in-pairs/) 给定一个链表,两两交换其中相邻的节点,并返回交换后的链表。 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。 24.两两交换链表中的节点-题意
## 算法公开课 **[《代码随想录》算法视频公开课](https://programmercarl.com/other/gongkaike.html):[帮你把链表细节学清楚! | LeetCode:24. 两两交换链表中的节点](https://www.bilibili.com/video/BV1YT411g7br),相信结合视频再看本篇题解,更有助于大家对本题的理解**。 ## 思路 这道题目正常模拟就可以了。 建议使用虚拟头结点,这样会方便很多,要不然每次针对头结点(没有前一个指针指向头结点),还要单独处理。 对虚拟头结点的操作,还不熟悉的话,可以看这篇[链表:听说用虚拟头节点会方便很多?](https://programmercarl.com/0203.移除链表元素.html)。 接下来就是交换相邻两个元素了,**此时一定要画图,不画图,操作多个指针很容易乱,而且要操作的先后顺序** 初始时,cur指向虚拟头结点,然后进行如下三步: ![24.两两交换链表中的节点1](https://code-thinking.cdn.bcebos.com/pics/24.%E4%B8%A4%E4%B8%A4%E4%BA%A4%E6%8D%A2%E9%93%BE%E8%A1%A8%E4%B8%AD%E7%9A%84%E8%8A%82%E7%82%B91.png) 操作之后,链表如下: ![24.两两交换链表中的节点2](https://code-thinking.cdn.bcebos.com/pics/24.%E4%B8%A4%E4%B8%A4%E4%BA%A4%E6%8D%A2%E9%93%BE%E8%A1%A8%E4%B8%AD%E7%9A%84%E8%8A%82%E7%82%B92.png) 看这个可能就更直观一些了: ![24.两两交换链表中的节点3](https://code-thinking.cdn.bcebos.com/pics/24.%E4%B8%A4%E4%B8%A4%E4%BA%A4%E6%8D%A2%E9%93%BE%E8%A1%A8%E4%B8%AD%E7%9A%84%E8%8A%82%E7%82%B93.png) 对应的C++代码实现如下: (注释中详细和如上图中的三步做对应)
class Solution {
public:
    ListNode* swapPairs(ListNode* head) {
        ListNode* dummyHead = new ListNode(0); // 设置一个虚拟头结点
        dummyHead->next = head; // 将虚拟头结点指向head,这样方便后面做删除操作
        ListNode* cur = dummyHead;
        while(cur->next != nullptr && cur->next->next != nullptr) {
            ListNode* tmp = cur->next; // 记录临时节点
            ListNode* tmp1 = cur->next->next->next; // 记录临时节点

            cur->next = cur->next->next;    // 步骤一
            cur->next->next = tmp;          // 步骤二
            cur->next->next->next = tmp1;   // 步骤三

            cur = cur->next->next; // cur移动两位,准备下一轮交换
        }
        return dummyHead->next;
    }
};
* 时间复杂度:O(n) * 空间复杂度:O(1) ## 拓展 **这里还是说一下,大家不必太在意力扣上执行用时,打败多少多少用户,这个统计不准确的。** 做题的时候自己能分析出来时间复杂度就可以了,至于力扣上执行用时,大概看一下就行。 上面的代码我第一次提交执行用时8ms,打败6.5%的用户,差点吓到我了。 心想应该没有更好的方法了吧,也就$O(n)$的时间复杂度,重复提交几次,这样了: ![24.两两交换链表中的节点](https://code-thinking.cdn.bcebos.com/pics/24.%E4%B8%A4%E4%B8%A4%E4%BA%A4%E6%8D%A2%E9%93%BE%E8%A1%A8%E4%B8%AD%E7%9A%84%E8%8A%82%E7%82%B9.png) 力扣上的统计如果两份代码是 100ms 和 300ms的耗时,其实是需要注意的。 如果一个是 4ms 一个是 12ms,看上去好像是一个打败了80%,一个打败了20%,其实是没有差别的。 只不过是力扣上统计的误差而已。 ## 其他语言版本 ### C:
/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     struct ListNode *next;
 * };
 */
//递归版本
struct ListNode* swapPairs(struct ListNode* head){
    //递归结束条件:头节点不存在或头节点的下一个节点不存在。此时不需要交换,直接返回head
    if(!head || !head->next)
        return head;
    //创建一个节点指针类型保存头结点下一个节点
    struct ListNode *newHead = head->next;
    //更改头结点+2位节点后的值,并将头结点的next指针指向这个更改过的list
    head->next = swapPairs(newHead->next);
    //将新的头结点的next指针指向老的头节点
    newHead->next = head;
    return newHead;
}
//迭代版本
struct ListNode* swapPairs(struct ListNode* head){
    //使用双指针避免使用中间变量
    typedef struct ListNode ListNode;
    ListNode *fakehead = (ListNode *)malloc(sizeof(ListNode));
    fakehead->next = head;
    ListNode* right = fakehead->next;
    ListNode* left = fakehead;
    while(left && right && right->next ){
        left->next = right->next;
        right->next = left->next->next;
        left->next->next = right;
        left = right;
        right = left->next;
    }
    return fakehead->next;
}
### Java:
// 递归版本
class Solution {
    public ListNode swapPairs(ListNode head) {
        // base case 退出提交
        if(head == null || head.next == null) return head;
        // 获取当前节点的下一个节点
        ListNode next = head.next;
        // 进行递归
        ListNode newNode = swapPairs(next.next);
        // 这里进行交换
        next.next = head;
        head.next = newNode;

        return next;
    }
} 
class Solution {
  public ListNode swapPairs(ListNode head) {
        ListNode dumyhead = new ListNode(-1); // 设置一个虚拟头结点
        dumyhead.next = head; // 将虚拟头结点指向head,这样方便后面做删除操作
        ListNode cur = dumyhead;
        ListNode temp; // 临时节点,保存两个节点后面的节点
        ListNode firstnode; // 临时节点,保存两个节点之中的第一个节点
        ListNode secondnode; // 临时节点,保存两个节点之中的第二个节点
        while (cur.next != null && cur.next.next != null) {
            temp = cur.next.next.next;
            firstnode = cur.next;
            secondnode = cur.next.next;
            cur.next = secondnode;       // 步骤一
            secondnode.next = firstnode; // 步骤二
            firstnode.next = temp;      // 步骤三
            cur = firstnode; // cur移动,准备下一轮交换
        }
        return dumyhead.next;  
    }
}
### Python:
# 递归版本
# Definition for singly-linked list.
# class ListNode:
#     def __init__(self, val=0, next=None):
#         self.val = val
#         self.next = next

class Solution:
    def swapPairs(self, head: Optional[ListNode]) -> Optional[ListNode]:
        if head is None or head.next is None:
            return head

        # 待翻转的两个node分别是pre和cur
        pre = head
        cur = head.next
        next = head.next.next

        cur.next = pre  # 交换
        pre.next = self.swapPairs(next) # 将以next为head的后续链表两两交换

        return cur
# Definition for singly-linked list.
# class ListNode:
#     def __init__(self, val=0, next=None):
#         self.val = val
#         self.next = next

class Solution:
    def swapPairs(self, head: ListNode) -> ListNode:
        dummy_head = ListNode(next=head)
        current = dummy_head

        # 必须有cur的下一个和下下个才能交换,否则说明已经交换结束了
        while current.next and current.next.next:
            temp = current.next # 防止节点修改
            temp1 = current.next.next.next

            current.next = current.next.next
            current.next.next = temp
            temp.next = temp1
            current = current.next.next
        return dummy_head.next
### Go:
func swapPairs(head *ListNode) *ListNode {
    dummy := &ListNode{
        Next: head,
    }
    //head=list[i]
    //pre=list[i-1]
    pre := dummy 
    for head != nil && head.Next != nil {
        pre.Next = head.Next
        next := head.Next.Next
        head.Next.Next = head
        head.Next = next
        //pre=list[(i+2)-1]
        pre = head 
        //head=list[(i+2)]
        head = next
    }
    return dummy.Next
}
// 递归版本
func swapPairs(head *ListNode) *ListNode {
    if head == nil || head.Next == nil {
        return head
    }
    next := head.Next
    head.Next = swapPairs(next.Next)
    next.Next = head
    return next
}
### Javascript:
var swapPairs = function (head) {
  let ret = new ListNode(0, head), temp = ret;
  while (temp.next && temp.next.next) {
    let cur = temp.next.next, pre = temp.next;
    pre.next = cur.next;
    cur.next = pre;
    temp.next = cur;
    temp = pre;
  }
  return ret.next;
};
### TypeScript:
function swapPairs(head: ListNode | null): ListNode | null {
    const dummyNode: ListNode = new ListNode(0, head);
    let curNode: ListNode | null = dummyNode;
    while (curNode && curNode.next && curNode.next.next) {
        let firstNode: ListNode = curNode.next,
            secNode: ListNode = curNode.next.next,
            thirdNode: ListNode | null = curNode.next.next.next;
        curNode.next = secNode;
        secNode.next = firstNode;
        firstNode.next = thirdNode;
        curNode = firstNode;
    }
    return dummyNode.next;
};
### Kotlin:
fun swapPairs(head: ListNode?): ListNode? {
    val dummyNode = ListNode(0).apply { 
        this.next = head
    }
    var cur: ListNode? = dummyNode
    while (cur?.next != null && cur.next?.next != null) {
        val temp = cur.next
        val temp2 = cur.next?.next?.next
        cur.next = cur.next?.next
        cur.next?.next = temp
        cur.next?.next?.next = temp2
        cur = cur.next?.next
    }
    return dummyNode.next
}
### Swift:
func swapPairs(_ head: ListNode?) -> ListNode? {
    if head == nil || head?.next == nil {
        return head
    }
    let dummyHead: ListNode = ListNode(-1, head)
    var current: ListNode? = dummyHead
    while current?.next != nil && current?.next?.next != nil {
        let temp1 = current?.next
        let temp2 = current?.next?.next?.next

        current?.next = current?.next?.next
        current?.next?.next = temp1
        current?.next?.next?.next = temp2

        current = current?.next?.next
    }
    return dummyHead.next
}
### Scala:
// 虚拟头节点
object Solution {
  def swapPairs(head: ListNode): ListNode = {
    var dummy = new ListNode(0, head) // 虚拟头节点
    var pre = dummy
    var cur = head
    // 当pre的下一个和下下个都不为空,才进行两两转换
    while (pre.next != null && pre.next.next != null) {
      var tmp: ListNode = cur.next.next // 缓存下一次要进行转换的第一个节点
      pre.next = cur.next // 步骤一
      cur.next.next = cur // 步骤二
      cur.next = tmp // 步骤三
      // 下面是准备下一轮的交换
      pre = cur
      cur = tmp
    }
    // 最终返回dummy虚拟头节点的下一个,return可以省略
    dummy.next
  }
}
### PHP:
//虚拟头结点
function swapPairs($head) {
    if ($head == null || $head->next == null) {
        return $head;
    }

    $dummyNode = new ListNode(0, $head);
    $preNode = $dummyNode; //虚拟头结点
    $curNode = $head;
    $nextNode = $head->next;
    while($curNode && $nextNode) {
        $nextNextNode = $nextNode->next; //存下一个节点
        $nextNode->next = $curNode; //交换curHead 和 nextHead
        $curNode->next = $nextNextNode;
        $preNode->next = $nextNode; //上一个节点的下一个指向指向nextHead

        //更新当前的几个指针
        $preNode = $preNode->next->next;
        $curNode = $nextNextNode;
        $nextNode = $nextNextNode->next;
    }

    return $dummyNode->next;
}

//递归版本
function swapPairs($head)
{
    // 终止条件
    if ($head === null || $head->next === null) {
        return $head;
    }

    //结果要返回的头结点
    $next = $head->next;
    $head->next = $this->swapPairs($next->next); //当前头结点->next指向更新
    $next->next = $head;  //当前第二个节点的->next指向更新
    return $next;  //返回翻转后的头结点
}
### Rust:
// 虚拟头节点
impl Solution {
    pub fn swap_pairs(head: Option<Box<ListNode>>) -> Option<Box<ListNode>> {
        let mut dummy_head = Box::new(ListNode::new(0));
        dummy_head.next = head;
        let mut cur = dummy_head.as_mut();
        while let Some(mut node) = cur.next.take() {
            if let Some(mut next) = node.next.take() {
                node.next = next.next.take();
                next.next = Some(node);
                cur.next = Some(next);
                cur = cur.next.as_mut().unwrap().next.as_mut().unwrap();
            } else {
                cur.next = Some(node);
                cur = cur.next.as_mut().unwrap();
            }
        }
        dummy_head.next
    }
}
// 递归
impl Solution {
    pub fn swap_pairs(head: Option<Box<ListNode>>) -> Option<Box<ListNode>> {
        if head.is_none() || head.as_ref().unwrap().next.is_none() {
            return head;
        }

        let mut node = head.unwrap();

        if let Some(mut next) = node.next.take() {
            node.next = Solution::swap_pairs(next.next);
            next.next = Some(node);
            Some(next)
        } else {
            Some(node)
        }
    }
}
### C#
// 虚拟头结点
public ListNode SwapPairs(ListNode head)
{
    var dummyHead = new ListNode();
    dummyHead.next = head;
    ListNode cur = dummyHead;
    while (cur.next != null && cur.next.next != null)
    {
        ListNode tmp1 = cur.next;
        ListNode tmp2 = cur.next.next.next;

        cur.next = cur.next.next;
        cur.next.next = tmp1;
        cur.next.next.next = tmp2;

        cur = cur.next.next;
    }
    return dummyHead.next;
}
// 递归
public ListNode SwapPairs(ListNode head)
{
    if (head == null || head.next == null) return head;
    var cur = head.next;
    head.next = SwapPairs(head.next.next);
    cur.next = head;
    return cur;
}