反转链表

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题目描述
给你单链表的头节点 head，请你反转链表，并返回反转后的链表的头节点。

输入格式
输入共 2 行：

  • 第一行包含一个整数 n，表示链表的长度。
  • 第二行包含 n 个整数，表示链表的节点值，按链表顺序给出。

输出格式
输出共 1 行，包含 n 个整数，表示反转后的链表的节点值，按链表顺序给出。

数据范围
链表中节点的数目在范围 [0, 5000] 内
-5000 ≤ Node.val ≤ 5000

输入样例1：

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1 2 3 4 5

输出样例1：

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5 4 3 2 1

输入样例2：

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2
2
1 2

输出样例2：

1
2 1

输入样例3：

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输出样例3：

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注意事项

  • 可以使用迭代或递归的方法来反转链表。
  • 迭代方法的时间复杂度为O(n)，空间复杂度为O(1)。
  • 递归方法的时间复杂度为O(n)，空间复杂度为O(n)，因为递归调用会使用栈空间。
  • 在本题中，为了方便输入输出，我们将使用数组来模拟链表的输入，并将反转后的链表转换为数组输出。

代码实现

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#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

// 定义链表节点结构
struct ListNode {
    int val;
    ListNode *next;
    ListNode() : val(0), next(nullptr) {}
    ListNode(int x) : val(x), next(nullptr) {}
    ListNode(int x, ListNode *next) : val(x), next(next) {}
};

// 方法一：迭代反转链表
ListNode* reverseListIterative(ListNode* head)
{
    ListNode* prev = nullptr;
    ListNode* curr = head;
    
    while (curr != nullptr) {
        ListNode* nextTemp = curr->next; // 保存下一个节点
        curr->next = prev;              // 反转当前节点的指针
        prev = curr;                    // 移动prev指针
        curr = nextTemp;                // 移动curr指针
    }
    
    return prev; // prev现在是新的头节点
}

// 方法二：递归反转链表
ListNode* reverseListRecursive(ListNode* head)
{
    // 基本情况：空链表或只有一个节点
    if (head == nullptr || head->next == nullptr) {
        return head;
    }
    
    // 递归反转剩余部分
    ListNode* newHead = reverseListRecursive(head->next);
    
    // 反转当前节点和下一个节点的连接
    head->next->next = head;
    head->next = nullptr;
    
    return newHead;
}

// 从数组创建链表
ListNode* createList(vector<int>& nums)
{
    if (nums.empty()) {
        return nullptr;
    }
    
    ListNode* head = new ListNode(nums[0]);
    ListNode* current = head;
    
    for (int i = 1; i < nums.size(); i++) {
        current->next = new ListNode(nums[i]);
        current = current->next;
    }
    
    return head;
}

// 从链表创建数组（用于输出）
vector<int> listToArray(ListNode* head)
{
    vector<int> result;
    ListNode* current = head;
    
    while (current != nullptr) {
        result.push_back(current->val);
        current = current->next;
    }
    
    return result;
}

// 释放链表内存
void deleteList(ListNode* head)
{
    ListNode* current = head;
    while (current != nullptr) {
        ListNode* next = current->next;
        delete current;
        current = next;
    }
}

int main()
{
    int n;
    cin >> n;
    
    vector<int> nums(n);
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        cin >> nums[i];
    }
    
    // 创建链表
    ListNode* head = createList(nums);
    
    // 使用迭代方法反转链表
    ListNode* reversedHead = reverseListIterative(head);
    
    // 如果要使用递归方法，可以取消下面这行的注释，并注释掉上面这行
    // ListNode* reversedHead = reverseListRecursive(head);
    
    // 将反转后的链表转换为数组并输出
    vector<int> result = listToArray(reversedHead);
    for (int i = 0; i < result.size(); i++) {
        cout << result[i];
        if (i != result.size() - 1) {
            cout << " ";
        }
    }
    cout << endl;
    
    // 释放内存
    deleteList(reversedHead);
    
    return 0;
}

时间复杂度

  • 迭代方法时间复杂度：O(n)，其中 n 是链表的长度。我们只需要遍历链表一次。
  • 递归方法时间复杂度：O(n)，其中 n 是链表的长度。递归调用的次数等于链表的长度。
  • 空间复杂度：O(1)（迭代方法）或 O(n)（递归方法，由递归调用栈占用的空间）。

代码解释

  • 反转链表是链表操作中的一个基础问题，可以用迭代或递归的方法解决。
  • 迭代方法的核心思想是维护三个指针：prev（前一个节点）、curr（当前节点）和nextTemp（下一个节点）。在遍历链表的过程中，我们将当前节点的next指针指向前一个节点，然后移动这三个指针，直到遍历完整个链表。
  • 递归方法的核心思想是先递归反转链表的剩余部分，然后反转当前节点和下一个节点的连接。递归的基本情况是空链表或只有一个节点的链表。
  • 在本题中，为了方便输入输出，我们使用数组来模拟链表的输入，并将反转后的链表转换为数组输出。在实际应用中，链表通常是直接给定的。