daily leetcode - reverse-nodes-in-k-group - !

题目地址

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

题目描述

Given a linked list, reverse the nodes of a linked list k at a time and return its modified list.

k is a positive integer and is less than or equal to the length of the linked list. If the number of nodes is not a multiple of k then left-out nodes in the end should remain as it is.

Example:

Given this linked list: 1->2->3->4->5

For k = 2, you should return: 2->1->4->3->5

For k = 3, you should return: 3->2->1->4->5

Note:

  • Only constant extra memory is allowed.
  • You may not alter the values in the list's nodes, only nodes itself may be changed.

思路

这道题让我们以每k个为一组来翻转链表,实际上是把原链表分成若干小段,然后分别对其进行翻转,那么肯定总共需要两个函数,一个是用来分段的,一个是用来翻转的,以题目中给的例子来看,对于给定链表 1->2->3->4->5,一般在处理链表问题时,大多时候都会在开头再加一个 dummy node,因为翻转链表时头结点可能会变化,为了记录当前最新的头结点的位置而引入的 dummy node,加入 dummy node 后的链表变为 -1->1->2->3->4->5,如果k为3的话,目标是将 1,2,3 翻转一下,那么需要一些指针,pre 和 next 分别指向要翻转的链表的前后的位置,然后翻转后 pre 的位置更新到如下新的位置:

-1->1->2->3->4->5
 |        |  |
pre      cur next

-1->3->2->1->4->5
    |     |  |
   cur   pre next

以此类推,只要 cur 走过k个节点,那么 next 就是 cur->next,就可以调用翻转函数来进行局部翻转了,注意翻转之后新的 cur 和 pre 的位置都不同了,那么翻转之后,cur 应该更新为 pre->next,而如果不需要翻转的话,cur 更新为 cur->next,代码如下所示:

解法一:

class Solution {
public:
    ListNode* reverseKGroup(ListNode* head, int k) {
        if (!head || k == 1) return head;
        ListNode *dummy = new ListNode(-1), *pre = dummy, *cur = head;
        dummy->next = head;
        for (int i = 1; cur; ++i) {
            if (i % k == 0) {
                pre = reverseOneGroup(pre, cur->next);
                cur = pre->next;
            } else {
                cur = cur->next;
            }
        }
        return dummy->next;
    }
    ListNode* reverseOneGroup(ListNode* pre, ListNode* next) {
        ListNode *last = pre->next, *cur = last->next;
        while(cur != next) {
            last->next = cur->next;
            cur->next = pre->next;
            pre->next = cur;
            cur = last->next;
        }
        return last;
    }
};

我们也可以在一个函数中完成,首先遍历整个链表,统计出链表的长度,然后如果长度大于等于k,交换节点,当 k=2 时,每段只需要交换一次,当 k=3 时,每段需要交换2此,所以i从1开始循环,注意交换一段后更新 pre 指针,然后 num 自减k,直到 num<k 时循环结束,参见代码如下:

解法二:

class Solution {
public:
    ListNode* reverseKGroup(ListNode* head, int k) {
        ListNode *dummy = new ListNode(-1), *pre = dummy, *cur = pre;
        dummy->next = head;
        int num = 0;
        while (cur = cur->next) ++num;
        while (num >= k) {
            cur = pre->next;
            for (int i = 1; i < k; ++i) {
                ListNode *t = cur->next;
                cur->next = t->next;
                t->next = pre->next;
                pre->next = t;
            }
            pre = cur;
            num -= k;
        }
        return dummy->next;
    }
};

我们也可以使用递归来做,用 head 记录每段的开始位置,cur 记录结束位置的下一个节点,然后调用 reverse 函数来将这段翻转,然后得到一个 new_head,原来的 head 就变成了末尾,这时候后面接上递归调用下一段得到的新节点,返回 new_head 即可,参见代码如下:

解法三:

class Solution {
public:
    ListNode* reverseKGroup(ListNode* head, int k) {
        ListNode *cur = head;
        for (int i = 0; i < k; ++i) {
            if (!cur) return head;
            cur = cur->next;
        }
        ListNode *new_head = reverse(head, cur);
        head->next = reverseKGroup(cur, k);
        return new_head;
    }
    ListNode* reverse(ListNode* head, ListNode* tail) {
        ListNode *pre = tail;
        while (head != tail) {
            ListNode *t = head->next;
            head->next = pre;
            pre = head;
            head = t;
        }
        return pre;
    }
};

思路2

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 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

mark

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)

mark

举例如图,head=[1,2,3,4,5,6,7,8], k = 3

mark

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)

关键点解析

  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 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:
    def reverseKGroup(self, head: ListNode, k: int) -> ListNode:
        if head is None or k < 2:
            return head
        dummy = ListNode(0)
        dummy.next = head
        start = dummy
        end = head
        count = 0
        while end:
            count += 1
            if count % k == 0:
                start = self.reverse(start, end.next)
                end = start.next
            else:
                end = end.next
        return dummy.next
    
    def reverse(self, start, end):
        prev, curr = start, start.next
        first = curr
        while curr != end:
            temp = curr.next
            curr.next = prev
            prev = curr
            curr = temp
        start.next = prev
        first.next = curr
        return first   

参考(References)

扩展

  • 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

本文参考自:
https://github.com/grandyang/leetcode/ &
https://github.com/azl397985856/leetcode


标题: daily leetcode - reverse-nodes-in-k-group - !
文章作者: lonuslan
文章链接: https://www.lonuslan.com/articles/2020/02/01/1580529972999.html
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