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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]

 

提示：

• 链表中节点的数目在范围 [0, 100] 内
• 0 <= Node.val <= 100

方法一：递归

我们可以通过递归的方式实现两两交换链表中的节点。

递归的终止条件是链表中没有节点，或者链表中只有一个节点，此时无法进行交换，直接返回该节点。

否则，我们递归交换链表 $head.next.next$，记交换后的头节点为 $t$，然后我们记 $head$ 的下一个节点为 $p$，然后令 $p$ 指向 $head$，而 $head$ 指向 $t$，最后返回 $p$。

时间复杂度 $O(n)$，空间复杂度 $O(n)$，其中 $n$ 是链表的长度。

可视化演示

以 head = [1, 2, 3, 4] 为例，演示递归两两交换：递归逐层深入（蓝色为当前层头节点），回溯时逐对交换相邻节点（绿色），最终返回完整结果（红色）。点击 ▶ 播放，或逐步操作。

head

→

21

→

32

→

43

→

当前操作比较/参照已完成已连接目标/结果空节点

swapPairs([1,2,3,4])：head = 1 且 head.next = 2 均存在，递归调用 swapPairs(head.next.next)，即对 [3,4] 继续两两交换。

1 / 5 速度 1000ms

跳过可视化，直接看代码 ↓

Java

class Solution {
    public ListNode swapPairs(ListNode head) {
        if (head == null || head.next == null) {
            return head;
        }
        ListNode t = swapPairs(head.next.next);
        ListNode p = head.next;
        p.next = head;
        head.next = t;
        return p;
    }
}

C++

class Solution {
public:
    ListNode* swapPairs(ListNode* head) {
        if (!head || !head->next) {
            return head;
        }
        ListNode* t = swapPairs(head->next->next);
        ListNode* p = head->next;
        p->next = head;
        head->next = t;
        return p;
    }
};

TypeScript

function swapPairs(head: ListNode | null): ListNode | null {
    if (!head || !head.next) {
        return head;
    }
    const t = swapPairs(head.next.next);
    const p = head.next;
    p.next = head;
    head.next = t;
    return p;
}

Python

class Solution:
    def swapPairs(self, head: Optional[ListNode]) -> Optional[ListNode]:
        if head is None or head.next is None:
            return head
        t = self.swapPairs(head.next.next)
        p = head.next
        p.next = head
        head.next = t
        return p

方法二：迭代

我们设置一个虚拟头节点 $dummy$，初始时指向 $head$，然后设置两个指针 $pre$ 和 $cur$，初始时 $pre$ 指向 $dummy$，而 $cur$ 指向 $head$。

接下来，我们遍历链表，每次需要交换 $pre$ 后面的两个节点，因此我们先判断 $cur$ 和 $cur.next$ 是否为空，若不为空，则进行交换，否则终止循环。

时间复杂度 $O(n)$，空间复杂度 $O(1)$，其中 $n$ 是链表的长度。

可视化演示

以 head = [1, 2, 3, 4] 为例，演示迭代两两交换：dummy 为虚拟头节点，pre 指向已交换对的前驱，cur/t 为当前待交换的两个节点。蓝色为当前节点，黄色为待交换节点，绿色为已完成交换，红色为最终结果。点击 ▶ 播放，或逐步操作。

链表

cur▼

→

11

→

22

→

33

→

44

→

当前操作比较/参照已完成已连接目标/结果空节点

创建虚拟头节点 dummy，pre = dummy，cur = head = 1。

1 / 8 速度 1000ms

跳过可视化，直接看代码 ↓

Java

class Solution {
    public ListNode swapPairs(ListNode head) {
        ListNode dummy = new ListNode(0, head);
        ListNode pre = dummy;
        ListNode cur = head;
        while (cur != null && cur.next != null) {
            ListNode t = cur.next;
            cur.next = t.next;
            t.next = cur;
            pre.next = t;
            pre = cur;
            cur = cur.next;
        }
        return dummy.next;
    }
}

C++

class Solution {
public:
    ListNode* swapPairs(ListNode* head) {
        ListNode* dummy = new ListNode(0, head);
        ListNode* pre = dummy;
        ListNode* cur = head;
        while (cur && cur->next) {
            ListNode* t = cur->next;
            cur->next = t->next;
            t->next = cur;
            pre->next = t;
            pre = cur;
            cur = cur->next;
        }
        return dummy->next;
    }
};

TypeScript

function swapPairs(head: ListNode | null): ListNode | null {
    const dummy = new ListNode(0, head);
    let [pre, cur] = [dummy, head];
    while (cur && cur.next) {
        const t = cur.next;
        cur.next = t.next;
        t.next = cur;
        pre.next = t;
        [pre, cur] = [cur, cur.next];
    }
    return dummy.next;
}

Python

class Solution:
    def swapPairs(self, head: Optional[ListNode]) -> Optional[ListNode]:
        dummy = ListNode(next=head)
        pre, cur = dummy, head
        while cur and cur.next:
            t = cur.next
            cur.next = t.next
            t.next = cur
            pre.next = t
            pre, cur = cur, cur.next
        return dummy.next