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24. 两两交换链表中的节点

力扣题目链接 (opens new window)

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。

算法公开课

《代码随想录》算法视频公开课 (opens new window)：帮你把链表细节学清楚！ | LeetCode：24. 两两交换链表中的节点 (opens new window)，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？ (opens new window)。

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：

操作之后，链表如下：

看这个可能就更直观一些了：

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
        }
        ListNode* result = dummyHead->next;
        delete dummyHead;
        return result;
    }
};

• 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：

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;  
    }
}

// 将步骤 2,3 交换顺序，这样不用定义 temp 节点
public ListNode swapPairs(ListNode head) {
    ListNode dummy = new ListNode(0, head);
    ListNode cur = dummy;
    while (cur.next != null && cur.next.next != null) {
        ListNode node1 = cur.next;// 第 1 个节点
        ListNode node2 = cur.next.next;// 第 2 个节点
        cur.next = node2; // 步骤 1
        node1.next = node2.next;// 步骤 3
        node2.next = node1;// 步骤 2
        cur = cur.next.next;
    }
    return dummy.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;
};

// 递归版本
var swapPairs = function (head) {
  if (head == null || head.next == null) {
    return head;
  }

  let after = head.next;
  head.next = swapPairs(after.next);
  after.next = head;

  return after;
};

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;
}