Leetcode - Reverse Linked List

Question

Reverse a singly linked list.

Hint

A linked list can be reversed either iteratively or recursively. Could you implement both?

Java Code

//迭代法
public ListNode reverseList(ListNode head) {
    ListNode next = null;//原链表中头节点的后继节点
    ListNode newHead = null;//反转链表的头节点

    while(head != null) {
        next = head.next;//暂存原链表中头节点的后继节点
        head.next = newHead;//head即将成为反转链表的新头节点，将其后继节点指向反转链表当前的头节点
        newHead = head;//反转链表的头节点指向新的头节点
        head = next;//原链表的头节点指针移向其下一位，准备下一轮遍历
    }

    return newHead;
}

//递归法
public ListNode reverseList(ListNode head) {
    if(head == null || head.next == null) return head;//如果链表为空或已经到达链表尾节点
    ListNode newHead = reverseList(head.next);//先反转当前头节点的后继节点
    head.next.next = head;//再将当前节点的后继节点的后继节点指向自身
    head = null;//当前节点置空（解除原链表的连接关系）
    return newHead;//返回反转链表的头节点
}

说明

• 迭代法的解题思路应该是比较清晰的，由于所有的交换操作是在原链表中进行的，所以需要用几个变量来暂存转换过程中的节点指针（java中是引用），下面画个示意图简述一下这个过程

  假设原链表如下：

    1  ->  2  ->  3  ->  4  ->  null
  head 
  

  我们从头节点head开始，第1次while循环只是得到反转链表的头节点newhead，并把原链表的head指针移向下一位，得到

     1  ->  2  ->  3  ->  4  ->  null
  newhead  head
  

  第2次while循环，我们将head指向的节点从链表中抽取出来，添加到newhead之前，使之成为新的newhead，并将head指针下移一位，得到

     2  ->  1  ->  3  ->  4  ->  null
  newhead         head
  

  如此循环下去，直到head指向null，每一轮循环后newhead总是指向反转之后链表的头节点。

• 递归法的代码非常简洁，但是算法思想相对复杂些，下面也画个示意图简述其过程

  假设原链表如下：

     1  ->  2  ->  3  ->  4  ->  null
   head
  

  我们按照递归函数的执行顺序来说明，函数中第一句是判断递归调用的终止条件，第二句是一个递归调用，我们先不进入这个递归内部，只看其执行完之后的效果，也就是说，执行完这句之后，head节点的所有后继节点都已经被反转了，且返回的newHead指向了反转之后的链表的头节点，即

     |¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯↓
     1      4  ->  3  ->  2  ->  null
   head  newhead
  

  注意，此时节点1的next仍然指向节点2，因为我们对节点1（此时的head节点）没有做任何操作，继续执行下一句head.next.next = head; 我们得到

     |¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯↓
     1      4  ->  3  ->  2
     ↑____________________|
   head  newhead
  

  也就是我们把head节点的后继节点的next指向了head自身，从而节点1和2之间互为父子，再执行下一句head.next = null; 我们得到

     4  ->  3  ->  2  ->  1  ->  null
  newhead
  

  也就是解除节点1和2之间原来的父-子关系，替换成反转之后的子-父关系。

  以上就是一次完整的递归调用。至于2->3->4->null如何反转成4->3->2->null则是下一层嵌套递归调用所需完成的任务，每次递归调用执行的操作都是和上面一样的方式。

  可能有同学会问，执行完一次递归之后，head指针指向哪里了，其实head指针已经通过head.next传递给其后继节点了，转到下一层递归之中去了。

  另外，我们需要注意的是，整个反转的操作是从原链表的尾节点开始的，而不是从头节点开始的（在本例中，就是先把3->4反转为4->3）。因为递归函数的首句就是递归调用（忽略第一句终止条件的判断），所以其后的语句必须等递归调用返回之后才能执行，递归调用会一层一层嵌套深入下去，直到终止条件判断为真，即已经到达原链表的尾节点时，递归才会依次返回，所以递归返回时才会依次从尾节点开始逆向地反转各个节点。这时会有一个奇怪的现象，head指针好像每次传递给了自身的父节点，这是因为递归调用栈具有LIFO的性质，本质上就是递归逐层深入时，先把head节点入栈，再把head的子节点入栈，，，而反转操作是在出栈时执行的，所以先执行子节点的反转，再执行父节点的反转，如果不使用递归或者栈，那么我们是无法逆向遍历单向链表的。