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0025. K 个一组翻转链表

题目地址(25. K 个一组翻转链表)

https://leetcode-cn.com/problems/reverse-nodes-in-k-group/

题目描述

给你一个链表，每 k 个节点一组进行翻转，请你返回翻转后的链表。

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。

 

示例：

给你这个链表：1->2->3->4->5

当 k = 2 时，应当返回: 2->1->4->3->5

当 k = 3 时，应当返回: 3->2->1->4->5

 

说明：

你的算法只能使用常数的额外空间。
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。

前置知识

  • 链表

公司

  • 阿里

  • 腾讯

  • 百度

  • 字节

思路

题意是以 k 个 nodes 为一组进行翻转，返回翻转后的linked list.

从左往右扫描一遍linked list，扫描过程中，以 k 为单位把数组分成若干段，对每一段进行翻转。给定首尾 nodes，如何对链表进行翻转。

链表的翻转过程，初始化一个为null的 previous node（prev），然后遍历链表的同时，当前node （curr）的下一个（next）指向前一个node（prev）， 在改变当前 node 的指向之前，用一个临时变量记录当前 node 的下一个node（curr.next). 即

ListNode temp = curr.next;
curr.next = prev;
prev = curr;
curr = temp;

举例如图：翻转整个链表 1->2->3->4->null -> 4->3->2->1->null

这里是对每一组（k个nodes）进行翻转，

  1. 先分组，用一个count变量记录当前节点的个数

  2. 用一个start 变量记录当前分组的起始节点位置的前一个节点

  3. 用一个end变量记录要翻转的最后一个节点位置

  4. 翻转一组（k个nodes）即(start, end) - start and end exclusively。

  5. 翻转后，start指向翻转后链表, 区间（start，end）中的最后一个节点, 返回start 节点。

  6. 如果不需要翻转，end 就往后移动一个（end=end.next)，每一次移动，都要count+1.

如图所示 步骤 4 和 5： 翻转区间链表区间（start， end）

举例如图，head=[1,2,3,4,5,6,7,8], k = 3

NOTE: 一般情况下对链表的操作，都有可能会引入一个新的dummy node，因为head有可能会改变。这里head 从1->3, dummy (List(0))保持不变。

复杂度分析

  • 时间复杂度: O(n) - n is number of Linked List

  • 空间复杂度: O(1)

关键点分析

  1. 创建一个 dummy node

  2. 对链表以 k 为单位进行分组，记录每一组的起始和最后节点位置

  3. 对每一组进行翻转，更换起始和最后的位置

  4. 返回dummy.next.

代码 (Java/Python3/javascript)

Java Code

class ReverseKGroupsLinkedList {
  public ListNode reverseKGroup(ListNode head, int k) {
      if (head == null || k == 1) {
        return head;
      }
      ListNode dummy = new ListNode(0);
      dummy.next = head;

      ListNode start = dummy;
      ListNode end = head;
      int count = 0;
      while (end != null) {
        count++;
        // group
        if (count % k == 0) {
          // reverse linked list (start, end]
          start = reverse(start, end.next);
          end = start.next;
        } else {
          end = end.next;
        }
      }
      return dummy.next;
    }

    /**
     * reverse linked list from range (start, end), return last node.
     * for example:
     * 0->1->2->3->4->5->6->7->8
     * |           |
     * start       end
     *
     * After call start = reverse(start, end)
     *
     * 0->3->2->1->4->5->6->7->8
     *          |  |
     *       start end
     *       first
     *
     */
    private ListNode reverse(ListNode start, ListNode end) {
      ListNode curr = start.next;
      ListNode prev = start;
      ListNode first = curr;
      while (curr != end){
        ListNode temp = curr.next;
        curr.next = prev;
        prev = curr;
        curr = temp;
      }
      start.next = prev;
      first.next = curr;
      return first;
    }
}

Python3 Cose

class Solution:
    # 翻转一个子链表，并且返回新的头与尾
    def reverse(self, head: ListNode, tail: ListNode, terminal):
        cur = head
        pre = None
        while cur != terminal:
            next = cur.next
            cur.next = pre

            pre = cur
            cur = next
        return tail, head

    def reverseKGroup(self, head: ListNode, k: int) -> ListNode:
        ans = ListNode()
        ans.next = head
        pre = ans

        while head:
            tail = pre
            # 查看剩余部分长度是否大于等于 k
            for i in range(k):
                tail = tail.next
                if not tail:
                    return ans.next
            next = tail.next
            head, tail = self.reverse(head, tail, tail.next)
            # 把子链表重新接回原链表
            pre.next = head
            tail.next = next
            pre = tail
            head = next

        return ans.next

javascript code

/**
 * @param {ListNode} head
 * @param {number} k
 * @return {ListNode}
 */
var reverseKGroup = function (head, k) {
  // 标兵
  let dummy = new ListNode();
  dummy.next = head;
  let [start, end] = [dummy, dummy.next];
  let count = 0;
  while (end) {
    count++;
    if (count % k === 0) {
      start = reverseList(start, end.next);
      end = start.next;
    } else {
      end = end.next;
    }
  }
  return dummy.next;

  // 翻转stat -> end的链表
  function reverseList(start, end) {
    let [pre, cur] = [start, start.next];
    const first = cur;
    while (cur !== end) {
      let next = cur.next;
      cur.next = pre;
      pre = cur;
      cur = next;
    }
    start.next = pre;
    first.next = cur;
    return first;
  }
};

参考（References)

扩展 1

  • 要求从后往前以k个为一组进行翻转。(字节跳动（ByteDance）面试题)

    例子，1->2->3->4->5->6->7->8, k = 3,

    从后往前以k=3为一组，

    • 6->7->8 为一组翻转为8->7->6，

    • 3->4->5为一组翻转为5->4->3.

    • 1->2只有 2 个 nodes 少于k=3个，不翻转。

    最后返回： 1->2->5->4->3->8->7->6

这里的思路跟从前往后以k个为一组进行翻转类似，可以进行预处理：

  1. 翻转链表

  2. 对翻转后的链表进行从前往后以 k 为一组翻转。

  3. 翻转步骤 2 中得到的链表。

例子：1->2->3->4->5->6->7->8, k = 3

  1. 翻转链表得到：8->7->6->5->4->3->2->1

  2. 以 k 为一组翻转： 6->7->8->3->4->5->2->1

  3. 翻转步骤#2 链表： 1->2->5->4->3->8->7->6

扩展 2

如果这道题你按照 92.reverse-linked-list-ii 提到的 p1, p2, p3, p4（四点法） 的思路来思考的话会很清晰。

代码如下（Python）：


class Solution:
    def reverseKGroup(self, head: ListNode, k: int) -> ListNode:
        if head is None or k < 2:
            return head
        dummy = ListNode(0)
        dummy.next = head
        pre = dummy
        cur = head
        count = 0
        while cur:
            count += 1
            if count % k == 0:
                pre = self.reverse(pre, cur.next)
                # end 调到下一个位置
                cur = pre.next
            else:
                cur = cur.next
        return dummy.next
    # (p1, p4） 左右都开放

    def reverse(self, p1, p4):
        prev, curr = p1, p1.next
        p2 = curr
        # 反转
        while curr != p4:
            next = curr.next
            curr.next = prev
            prev = curr
            curr = next
        # 将反转后的链表添加到原链表中
        # prev 相当于 p3
        p1.next = prev
        p2.next = p4
        # 返回反转前的头， 也就是反转后的尾部
        return p2

# @lc code=end

复杂度分析

  • 时间复杂度：$O(N)$

  • 空间复杂度：$O(1)$

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