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力扣92题解题思路解析:反转链表II的C++实现方案

2周前 (05-20)力扣题解54

截图未命名.jpg 力扣92题解题思路解析:反转链表II的C++实现方案 力扣 C++ 算法 双指针 迭代 数组 链表 数据结构 第1张

问题描述与关键难点分析

力扣92题要求反转链表中从位置m到n的部分,需要保持其他节点的原始连接关系。这个问题的核心挑战在于如何处理链表节点的"断链"与"重连",特别是当m=1时需要特殊处理头节点的情况。与全链表反转不同,局部反转需要精确控制四个关键指针:前驱节点(pre)、反转起始节点(start)、反转结束节点(end)和后继节点(succ)。

在实际编码中,边界条件的处理往往成为主要难点。当m等于n时无需操作,当m=1时头节点会发生变化。使用虚拟头节点(dummy node)可以统一处理这些边界情况,避免复杂的条件判断。这种技巧在链表类问题中非常实用,能显著降低代码复杂度。

双指针法的算法设计思路

解决该问题的标准方法是采用双指针法,具体分为三个主要阶段:定位阶段、反转阶段和重组阶段。在定位阶段,需要先找到第m-1个节点作为前驱节点,这可以通过for循环移动指针实现。值得注意的是,链表题中经常使用1-based索引,而实际编程中多用0-based索引,需要特别注意转换。

反转阶段采用经典的头插法,每次将当前节点的next指针指向前驱节点。这个过程中需要维护三个临时指针:prev、curr和next。重组阶段则需要将反转后的子链表正确接入原链表,此时前驱节点的next应指向反转后的新头,而反转后的尾节点应指向后继节点。这种分阶段处理的方法能确保逻辑清晰,避免指针混乱。

代码实现与关键步骤解析

class Solution {
public:
    ListNode reverseBetween(ListNode head, int m, int n) {
        ListNode dummy(0);
        dummy.next = head;
        ListNode pre = &dummy;
        for(int i = 1; i < m; ++i) pre = pre->next;
        
        ListNode curr = pre->next;        
        for(int i = m; i < n; ++i) {
            ListNode next = curr->next;
            curr->next = next->next;
            next->next = pre->next;
            pre->next = next;
        }
        return dummy.next;
    }
};

边界条件与测试用例分析

为了验证算法的正确性,需要考虑多种边界情况。当m=1且n=链表长度时,相当于全链表反转;当m=n时链表应保持不变;当链表只有一个节点时任何有效m、n都应返回原链表。还需要测试m=1的特殊情况和m在中间位置的一般情况。

使用虚拟头节点能有效避免m=1时的特殊处理。在测试用例[5], m=1, n=1时,代码能正确返回[5];在测试用例[1,2,3,4,5], m=2, n=4时,能正确返回[1,4,3,2,5]。

算法优化与复杂度比较

递归解法相比,上述迭代解法在空间复杂度上更具优势。递归解法虽然代码更简洁,但需要O(n)的空间,且在处理超长链表时可能导致栈溢出。而迭代解法只需常数级别的额外空间,更适合实际生产环境使用。

从时间复杂度角度分析,两种方法都是O(n)线性复杂度。但在实际运行中,迭代解法通常具有更小的常数因子,因此性能更优。对于需要频繁操作链表的场景,建议掌握这种迭代式的双指针解法,它也是许多复杂链表问题的基础模式。



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