LeetCode 热题 100 | 24. 两两交换链表中的节点

大家好，今天我们来解决一道经典的链表问题——两两交换链表中的节点。这道题在 LeetCode 上被标记为中等难度，要求两两交换链表中的相邻节点，并返回交换后链表的头节点。

---

问题描述

给你一个链表，两两交换其中相邻的节点，并返回交换后链表的头节点。你必须在不修改节点内部的值的情况下完成本题（即，只能进行节点交换）。

示例 1：

输入：head = [1,2,3,4]
输出：[2,1,4,3]

示例 2：

输入：head = []
输出：[]

示例 3：

输入：head = [1]
输出：[1]

提示：

• 链表中节点的数目在范围 [0, 100] 内
• 0 <= Node.val <= 100

---

解题思路

核心思想

1. 虚拟头结点：

   • 使用一个虚拟头结点 dummy，其 next 指向链表的头结点。这可以简化对头结点的处理。

2. 两两交换：

   • 使用一个指针 prev，初始时指向虚拟头结点。
   • 每次交换 prev.next 和 prev.next.next 指向的两个节点。
   • 更新指针，继续处理下一对节点。

3. 特殊情况：

   • 如果链表为空或只有一个节点，直接返回原链表。

---

Python代码实现

class Solution:
    def swapPairs(self, head: ListNode) -> ListNode:
        # 创建一个虚拟头结点
        dummy = ListNode(0)
        dummy.next = head
        prev = dummy
        
        while prev.next and prev.next.next:
            # 定义需要交换的两个节点
            first = prev.next
            second = prev.next.next
            
            # 交换节点
            prev.next = second
            first.next = second.next
            second.next = first
            
            # 移动 prev 指针
            prev = first
        
        return dummy.next

代码解析

1. 虚拟头结点：

   • 创建一个虚拟头结点 dummy，并将其 next 指向链表的头结点。这可以简化对头结点的处理。

2. 初始化指针：

   • 初始化指针 prev，指向虚拟头结点。

3. 两两交换：

   • 使用 while 循环，条件是 prev.next 和 prev.next.next 都不为 None。
   • 定义需要交换的两个节点 first 和 second。
   • 交换节点：
     • prev.next 指向 second。
     • first.next 指向 second.next。
     • second.next 指向 first。
   • 更新 prev 指针，继续处理下一对节点。

4. 返回结果：

   • 返回 dummy.next，即交换后的链表头结点。

---

复杂度分析

• 时间复杂度：O(n)，其中 n 是链表的长度。每个节点只被访问一次。
• 空间复杂度：O(1)，只使用了常数级别的额外空间。

---

示例运行

示例 1

输入：head = [1,2,3,4]
输出：[2,1,4,3]

示例 2

输入：head = []
输出：[]

示例 3

输入：head = [1]
输出：[1]

---

总结

通过使用虚拟头结点和两两交换的方法，我们可以高效地完成链表中相邻节点的交换。这种方法在 O(n) 时间复杂度内完成，并且只使用了 O(1) 的额外空间。希望这篇题解对大家有所帮助，如果有任何问题，欢迎在评论区留言讨论！

关注我，获取更多算法题解和编程技巧！