leetcode25：K个一组翻转链表

题目链接

leetcode

题目描述

给你链表的头节点 head ，每 k 个节点一组进行翻转，请你返回修改后的链表。
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。
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。

C++ 代码

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

// 链表结点的定义
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) {}
};

// 辅助函数：创建链表
ListNode* createList(const vector<int>& nums) {
    ListNode* dummy = new ListNode(-1);
    ListNode* cur = dummy;
    for (int num : nums) {
        cur->next = new ListNode(num);
        cur = cur->next;
    }
    return dummy->next;
}

// 辅助函数：打印链表
void printList(ListNode* head) {
    while (head != nullptr) {
        cout << head->val;
        if (head->next != nullptr) cout << " -> ";
        head = head->next;
    }
}

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

/*
    递归实现

    子问题（后面这部分链表）和原问题（整条链表）的结构完全相同，这就是递归性质。
    1.反转以 head 开头的 k 个元素。
    2.将第 k+1 个元素作为 head，递归调用 reverseKGroup 函数。
    3.将上述两个过程的结果连接起来。

    时间复杂度：O(n)
        设链表长度为 N，将链表分成 N/k 个长度为 k 的子链表。
        每个子链表翻转操作的时间是 O(k)，总的时间复杂度是 O(N)。
    空间复杂度：O(n)
        递归调用会使用到栈空间，空间复杂度取决于链表的长度，即 O(N)。
        此外，没有使用额外的空间（除了输出结果），总的空间复杂度是 O(N)。
*/
class Solution_0 {
public:
    ListNode* reverseKGroup(ListNode* head, int k) {
        if (head == nullptr || k == 0) {
            return head;
        }

        // 找到这一组 k 个节点的首尾节点
        ListNode *start = head, *end = head;
        for (int i = 0; i < k; i++) {
            if (end == nullptr) {
                return head;
            }
            end = end->next;
        }

        // 反转这一组节点 [start, end)
        ListNode *prev = nullptr, *cur = start;
        while (cur != end) {
            ListNode* temp = cur->next;
            cur->next = prev;
            prev = cur;
            cur = temp;
        }

        // 递归调用，反转后面的链表并连接
        start->next = reverseKGroup(end, k);
        return prev;
    }
};

/*
    迭代实现
    
    时间复杂度：O(n)
    空间复杂度：O(1)
*/
class Solution {
public:
    ListNode* reverseKGroup(ListNode* head, int k) {
        if (head == nullptr || k == 0) {
            return head;
        }

        ListNode* dummy = new ListNode();
        dummy->next = head;
        ListNode* prevEnd = dummy;

        while (prevEnd != nullptr) {
            // 找到这一组 k 个节点的首尾节点
            ListNode *start = prevEnd->next, *end = prevEnd;
            for (int i = 0; i < k && end != nullptr; i++) {
                end = end->next;
            }
            if (end == nullptr) {
                break;
            }

            // 反转这一组节点 [start, end]
            ListNode* nextStart = end->next;
            ListNode *prev = nullptr, *cur = start;
            while (cur != nextStart) {
                ListNode* temp = cur->next;
                cur->next = prev;
                prev = cur;
                cur = temp;
            }

            // 连接反转后的子链表
            start->next = nextStart;
            prevEnd->next = end;
            prevEnd = start;
        }

        return dummy->next;
    }
};

int main() {
    Solution solution;
    vector<vector<int>> head_cases = {
        {1,2,3,4,5},
        {1,2,3,4,5},
        {},
    };
    vector<int> k_cases = { 2, 3, 0 };

    for (size_t i = 0; i < head_cases.size(); i++) {
        auto& nums = head_cases[i];
        int k = k_cases[i];

        ListNode* head = createList(nums);
        cout << "Input List: ";
        printList(head);
        cout << ", k = " << k << endl;
        
        ListNode* result = solution.reverseKGroup(head, k);
        cout << "Output List: ";
        printList(result);
        cout << endl;
    }

    return 0;
}