演算法入門題：如何反轉一個單向連結串列？
阿新 • • 發佈：2020-12-23
最近在 LeetCode 上面玩 ``連結串列`` 型別的題目，所以打算寫一篇文章，分享一下在做連結串列型別題目的心得。
眾所周知，玩連結串列就是玩指標，今天跟大家講解一個連結串列的入門題目，**如何反轉一個單向連結串列** 也是 LeetCode #206 是很熱門的一道程式設計題 [LC#206 Reverse Linked List](https://leetcode-cn.com/problems/reverse-linked-list/) ，如圖：
##### 解題理論：
想要反轉一個單向連結串列，除了當前的 head 指標外，我們還另外需要兩個輔助指標：
* preNode 用於儲存上一個引用的指標
* nextNode 用於儲存下一個引用的指標
不管你使用什麼程式語言，反轉連結串列的公式都是一樣的，主要分為以下四步：
1. 將當前 head 引用的 next 引用傳遞給 nextNode
2. 將當前 preNode 引用賦值給 head.next 實現反轉（重要）
3. 移動 preNode 指標，準備進行下一次反轉
4. 移動 head 指標，準備進行下一次反轉
使用 Java 語言表示的程式碼如下：
```java
public static ListNode reverseList(ListNode head) {
ListNode next, pre = null;
while (head != null) {
next = head.next;
head.next = pre;
pre = head;
head = next;
}
return pre;
}
```
因為動態語言允許交叉賦值，所以使用動態語言反轉連結串列就更加的簡單，程式碼如下：
```ruby
def reverse_list(head)
while(head != nil)
cur_next, head.next, pre = head.next, pre, head
head = cur_next
end
pre
end
```
##### 圖解資料結構
上面程式碼和文字描述看上去可能不太直觀，我們下面通過圖文的形式展示一個單向連結串列是如何被反轉的
單向連結串列的初始狀態：
然後我們第一步，開始初始化指標，
```java
ListNode next, pre = null
```
然後，執行第一步切換指引的程式碼：
```java
next = head.next;
```
這時候連結串列和指標的位置改變如下圖：
當執行第二步程式碼：
```java
head.next = pre;
```
這時候連結串列內的指標發生瞭如下的變化：
這裡可以看到 **head 引用的 next 指向已經發生的反轉變化** ，這一步也是反轉連結串列最重要的一步
後面第三步，第四步就是移動 preNode，head 指標，準備為下一次元素反轉做準備了
第三步程式碼：
```java
pre = head;
```
如圖：
這時候 preNode 已經跟 head 頭指標指向同一個節點，準備為下一次反轉做準備
第四步程式碼：
```java
head = next;
```
看到這裡大家發現 nextNode 指標其實作用不大，就是幫助 head 同學臨時佔一個位置的，反轉指標主要依靠 preNode 和 head，反轉完成後如何：
執行到這裡，元素 1 已經被反轉過來的，只需要將以上四步執行 N 次，就可以將一個長度為 N 的連結串列全部反轉，所以這套解法的時間複雜度就是 O（n），最後只要提交程式碼，你就能打敗全國 90%的對手，不信的話可以開啟 [LeetCode](https://leetcode-cn.com/problems/reverse-linked-list/submissions/) 提交一下程式碼 (●—●)
##### 總結
這道題非常簡單，如果你是老手的話就當幫你回顧一下反轉連結串列的解題思路，如果你是新手的話說不定能幫忙開啟演算法世界的大門，覺得文章不錯的話，可以分享給朋友，最後再留一個問題，可以思考一下：
* 為什麼最終返回的指標是 preNode， 而不是 head ？