0024.两两交换链表中的节点

难度：🟡 中等

标签：链表、递归

链接：24. 两两交换链表中的节点

题目描述

给你一个链表，两两交换其中相邻的节点，并返回交换后链表的头节点。你必须在不修改节点内部的值的情况下完成本题（即，只能进行节点交换）。

示例 1：

输入：head = [1,2,3,4]
输出：[2,1,4,3]

示例 2：

输入：head = []
输出：[]

示例 3：

输入：head = [1]
输出：[1]

解题思路

核心思想

本题的核心是在原地两两交换链表中的相邻节点。要交换一对节点 node1 和 node2，我们不仅需要改变它们自身的 next 指针，还需要改变 node1 的前驱节点的 next 指针，使其指向交换后的 node2。

思路选择

迭代法 + 虚拟头节点（Dummy Head） 是解决此问题的标准最优思路。

• 虚拟头节点：我们创建一个 dummy 节点，其 next 指向原始的 head。这可以极大地简化边界情况的处理，尤其是交换头两个节点时，我们无需编写特殊逻辑。

• 指针迭代：我们使用一个指针 prev，它始终指向 待交换的一对节点的前一个节点。通过这个 prev 指针，我们可以方便地进行交换操作。

关键步骤

1. 创建虚拟头节点：const dummyHead = new ListNode(0, head)。

2. 初始化指针：创建一个指针 prev = dummyHead。

3. 循环遍历：当 prev 后面至少还有两个节点时（即 prev.next 和 prev.next.next 都不为空），持续循环。

4. 定义待交换节点： a. node1 = prev.next b. node2 = prev.next.next

5. 执行交换： a. prev.next = node2 （前驱节点指向第二个节点） b. node1.next = node2.next （第一个节点指向第三个节点） c. node2.next = node1 （第二个节点指向第一个节点）

6. 移动 prev 指针：完成交换后，node1 已经成为了这对节点的第二个。我们将 prev 移动到 node1 的位置，为下一轮交换做准备。

7. 返回结果：循环结束后，返回 dummyHead.next，它指向新链表的头节点。

代码实现

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * function ListNode(val, next) {
 * this.val = (val===undefined ? 0 : val)
 * this.next = (next===undefined ? null : next)
 * }
 */
/**
 * @param {ListNode} head
 * @return {ListNode}
 */
var swapPairs = function(head) {
    const dummyHead = new ListNode(0, head);
    let prev = dummyHead;

    while (prev.next !== null && prev.next.next !== null) {
        const node1 = prev.next;
        const node2 = prev.next.next;

        // 执行交换
        prev.next = node2;
        node1.next = node2.next;
        node2.next = node1;

        // 移动 prev 指针到下一对节点的前面
        prev = node1;
    }

    return dummyHead.next;
};

复杂度分析

• 时间复杂度：O(n) 其中 n 是链表的长度。我们只需要对链表进行一次完整的遍历。

• 空间复杂度：O(1) 我们只使用了常数个额外变量作为指针，操作是在原链表上进行的，空间消耗是恒定的。

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总结

本题是链表指针操作的经典练习题。其核心在于通过一个虚拟头节点和一个前驱指针，来清晰、安全地完成节点的重新链接。理解指针在交换过程中的变化是掌握此题的关键。