题解：反转链表

这道题目要求我们将一个单链表进行反转，返回反转后的链表。链表的反转可以通过 迭代 和 递归 两种方法来实现。下面我们将详细解释这两种方法，并通过例子演示每一步的变化过程.

方法一：迭代法

思路:

• 我们用三个指针来完成链表的反转：prev 表示前一个节点，curr 表示当前节点，next 表示下一个节点。
• 通过不断将当前节点的 next 指针指向 prev，实现链表的逐步反转。

迭代的步骤:

1. 初始化 prev = null 和 curr = head，然后开始遍历链表。
2. 在每次迭代中，先用 next 保存 curr.next，避免链表断开。
3. 将 curr.next 指向 prev，反转当前节点的指向。
4. 将 prev 移动到 curr，然后将 curr 移动到 next，继续下一次迭代。
5. 当 curr 为 null 时，链表反转完成，prev 就是新的头节点。

代码实现:

class Solution {
    public ListNode reverseList(ListNode head) {
        ListNode prev = null;
        ListNode curr = head;
        while (curr != null) {
            ListNode next = curr.next; // 保存下一个节点
            curr.next = prev; // 反转当前节点的指向
            prev = curr; // 将 prev 前移
            curr = next; // 将 curr 前移
        }
        return prev; // prev 成为新链表的头节点
    }
}

例子演示:

输入：head = [1,2,3,4,5] 。

1. 初始状态:

   prev = null
   curr = 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5
   

2. 第一步:

   next = 2 -> 3 -> 4 -> 5
   curr.next = prev  // 1 -> null
   prev = 1 -> null
   curr = 2 -> 3 -> 4 -> 5
   

3. 第二步:

   next = 3 -> 4 -> 5
   curr.next = prev  // 2 -> 1 -> null
   prev = 2 -> 1 -> null
   curr = 3 -> 4 -> 5
   

4. 第三步:

   next = 4 -> 5
   curr.next = prev  // 3 -> 2 -> 1 -> null
   prev = 3 -> 2 -> 1 -> null
   curr = 4 -> 5
   

5. 第四步:

   next = 5
   curr.next = prev  // 4 -> 3 -> 2 -> 1 -> null
   prev = 4 -> 3 -> 2 -> 1 -> null
   curr = 5
   

6. 第五步:

   next = null
   curr.next = prev  // 5 -> 4 -> 3 -> 2 -> 1 -> null
   prev = 5 -> 4 -> 3 -> 2 -> 1 -> null
   curr = null
   

输出：[5, 4, 3, 2, 1] 。

复杂度分析:

• 时间复杂度：O(n)，其中 n 是链表的节点数。我们只遍历了链表一次。
• 空间复杂度：O(1)，只用了常数级别的额外空间。

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方法二：递归法

思路:

• 我们递归地反转链表的后续部分，直到最后一个节点成为新的头节点。
• 每次递归返回时，将当前节点的下一个节点的 next 指向自己，同时将自己的 next 置为空，完成反转。

递归步骤:

1. 如果 head 为 null 或者 head.next 为 null，直接返回 head 作为新的头节点（即递归的终止条件）。
2. 递归反转剩余的链表。
3. 将当前节点的下一个节点的 next 指向自己，同时将自己的 next 置为空。
4. 返回新的头节点。

代码实现:

class Solution {
    public ListNode reverseList(ListNode head) {
        if (head == null || head.next == null) return head; // 递归终止条件
        ListNode newHead = reverseList(head.next); // 反转后续链表
        head.next.next = head; // 将后面的节点指向自己
        head.next = null; // 断开当前节点与后续的连接
        return newHead; // 返回新的头节点
    }
}

例子演示:

输入：head = [1,2,3,4,5] 。

1. 初始递归:

   • reverseList(1) 递归调用 reverseList(2)。

2. 递归到最后一个节点:

   • reverseList(5) 返回 5 作为新头节点。

3. 逐步反转链表:

   • reverseList(4):

     head = 4 -> 5
     反转后 5 -> 4
     head.next.next = 4
     head.next = null // 4 -> null
     返回 5 -> 4 -> null
     

   • reverseList(3):

     head = 3 -> 4 -> null
     反转后 5 -> 4 -> 3
     head.next.next = 3
     head.next = null
     返回 5 -> 4 -> 3 -> null
     

   • reverseList(2):

     head = 2 -> 3 -> null
     反转后 5 -> 4 -> 3 -> 2
     head.next.next = 2
     head.next = null
     返回 5 -> 4 -> 3 -> 2 -> null
     

   • reverseList(1):

     head = 1 -> 2 -> null
     反转后 5 -> 4 -> 3 -> 2 -> 1
     head.next.next = 1
     head.next = null
     返回 5 -> 4 -> 3 -> 2 -> 1 -> null
     

输出：[5, 4, 3, 2, 1] 。

复杂度分析:

• 时间复杂度：O(n)，其中 n 是链表的节点数。递归过程中每个节点只处理一次。
• 空间复杂度：O(n)，递归调用的栈深度为 n。

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总结：

• 迭代法：通过三个指针逐步反转链表，时间和空间复杂度都为 O(n) 和 O(1)，适合在空间要求较严格的场景下使用。
• 递归法：利用函数调用栈进行递归，代码简洁直观，但需要 O(n) 的额外空间。

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