python反转单链表算法题

现在算法是大厂面试的必考题，而且越来越难，已经不是简单的列表，字符串操作了，会涉及到各种数据结结构。单链表的反转也是经常考的一道题，里面故在此记录一下。

1.链表的特点：

顺序存储元素，但是元素在空间上是不连续的，所以在链表每个元素中除了存储元素的值，还会存储下一个元素的地址，单链表的话就只有指向下一个元素的指针，双向链表的话还会有指向前一个元素的指针。正是由于链表以上的存储特点，在做插入和删除操作时只需要断开指针的连接，不需要移动后面的数据，所以对链表修改的效率会很高，但是查找的效率会很低，这也正是链表和数组的区别。链表的存储示意图：

完成这道题至少有3种方式：

1.先对原链表做头部删操作，再对新链表做头部插入操作；
2.通过3个指针实现，p0指向前一个节点的指针，p1表示当前节点的指针，p2表示下一个节点的指针
3.用递归实现；

2.方式一：

1)创建一个新的空列表；

2）取出旧链表中头结点的元素，将其next指针设置为新链表的头指针，同时将旧链表的头结点执行下一个元素

3）依次重复第2）步的操作，直到取出就链表中所有的节点。

4）最后形成的新链表如下，实现了反转的功能：

5）代码实现：

# encoding=utf-8
import copy
?
?
class Node:
? ? """节点类，包含值和下一个节点的指针"""
? ? def __init__(self, value, next=None):
? ? ? ? self.value = value
? ? ? ? self.next = next
?
? ? def __str__(self):
? ? ? ? return "Node value:%s" % self.value
?
?
class LinkedList:
? ? def __init__(self, head=None, tail=None):
? ? ? ? self.head = head
? ? ? ? self.tail = tail
?
? ? def get_all(self):
? ? ? ? """获取链表中所有的节点"""
? ? ? ? nodes = []
? ? ? ? temp = self.head
? ? ? ? while temp:
? ? ? ? ? ? nodes.append(temp.value)
? ? ? ? ? ? temp = temp.next
? ? ? ? return nodes
?
? ? def add_node(self, value):
? ? ? ? """在列表中添加节点"""
? ? ? ? node = Node(value)
? ? ? ? # 空链表,收尾指针都指向新增加的节点
? ? ? ? if self.head is None:
? ? ? ? ? ? self.head = node
? ? ? ? ? ? self.tail = node
? ? ? ? else:
? ? ? ? ? ? self.tail.next = node
? ? ? ? ? ? self.tail = node
?
? ? def reverse_list(self):
? ? ? ? """反转单向列表
? ? ? ? 思路一：先对原链表做头删操作，再对新链表做头插
? ? ? ? """
? ? ? ? # 定义一个新的链表
? ? ? ? new_list_node = LinkedList()
? ? ? ? temp = copy.deepcopy(self.head)
? ? ? ? while temp:
? ? ? ? ? ? # 1.对之前的链表做头删除操作
? ? ? ? ? ? node = temp
? ? ? ? ? ? temp = temp.next
?
? ? ? ? ? ? # 2.对新的链表做头插入操作
? ? ? ? ? ? if new_list_node.head is None:
? ? ? ? ? ? ? ? new_list_node.tail = node
? ? ? ? ? ? node.next = new_list_node.head
? ? ? ? ? ? new_list_node.head = node
? ? ? ? return new_list_node
?
?
if __name__ == "__main__":
? ? l = LinkedList()
? ? for i in range(5):
? ? ? ? l.add_node(i)
? ? new_list_node = l.reverse_list()
? ? print(new_list_node.get_all())
? ? print(new_list_node.tail)

3.方式二

借助3个指针来实现反转，p0之前前一个节点，p1指向当前操作的节点，p2指向下一个节点。操作过程如下：将p1的next指针之前p0，之后将p0指向p1节点，p1指向p2节点，如果p1不为空，重复以上操作，最后，p0即为新列表的头节点。

1）开始时p0为空；将p1指向链表的头节点，p1节点的next指针指向p0；p2指向下一个节点：

2）调整3个指针的指向：将p0指向p1；p1指向p2，p1的next指向p0；p2指向下一个节点

3）循环执行以上步骤，直到p1指向的节点不为空，最后得到的链表为：

4）代码实现：

# encoding=utf-8
import copy
?
?
class Node:
? ? """节点类，包含值和下一个节点的指针"""
? ? def __init__(self, value, next=None):
? ? ? ? self.value = value
? ? ? ? self.next = next
?
? ? def __str__(self):
? ? ? ? return "Node value:%s" % self.value
?
?
class LinkedList:
? ? def __init__(self, head=None, tail=None):
? ? ? ? self.head = head
? ? ? ? self.tail = tail
?
? ? def get_all(self):
? ? ? ? """获取链表中所有的节点"""
? ? ? ? nodes = []
? ? ? ? temp = self.head
? ? ? ? while temp:
? ? ? ? ? ? nodes.append(temp.value)
? ? ? ? ? ? temp = temp.next
? ? ? ? return nodes
?
? ? def add_node(self, value):
? ? ? ? """在列表中添加节点"""
? ? ? ? node = Node(value)
? ? ? ? # 空链表,收尾指针都指向新增加的节点
? ? ? ? if self.head is None:
? ? ? ? ? ? self.head = node
? ? ? ? ? ? self.tail = node
? ? ? ? else:
? ? ? ? ? ? self.tail.next = node
? ? ? ? ? ? self.tail = node
?
? ? def reverse_list(self):
? ? ? ? """
? ? ? ? 反转单向列表
? ? ? ? 思路二：通过3个指针实现，p0指向前一个节点的指针，p1表示当前节点的指针，p2表示下一个节点的指针
? ? ? ? :return: LinkedList 对象
? ? ? ? """
? ? ? ? p1 = copy.deepcopy(self.head)
? ? ? ? p2 = p1.next
? ? ? ? # 定义一个新的链表对象
? ? ? ? new_list_node = LinkedList()
? ? ? ? while p1:
? ? ? ? ? ? if new_list_node.head is None:
? ? ? ? ? ? ? ? new_list_node.tail = p1
? ? ? ? ? ? # 将p1的next指向新链表的头结点
? ? ? ? ? ? p1.next = new_list_node.head
? ? ? ? ? ? # 将新链表的头结点指向p1
? ? ? ? ? ? new_list_node.head = p1
? ? ? ? ? ? # 将p1指向p2
? ? ? ? ? ? p1 = p2
? ? ? ? ? ? # 判断p2是否指向了链表的末尾
? ? ? ? ? ? if p2:
? ? ? ? ? ? ? ? p2 = p2.next
? ? ? ? return new_list_node
?
?
if __name__ == "__main__":
? ? l = LinkedList()
? ? for i in range(5):
? ? ? ? l.add_node(i)
? ? new_list_node = l.reverse_list()
? ? print(new_list_node.get_all())
? ? print(new_list_node.tail)

4.方式三：

递归就是将问题分解为处理过程一致的子问题进行处理，但是一定要要结束条件。链表的反转也可以采用递归的方式实现，每次传入的节点不是最后一个的话，就将下一个节点作为参数传递进去，递归调用；直到传入的是最后一个节点时开始逐级返回。

1）将链表中每个节点作为参数，依次传入到reverse_list函数中；

2）当传入的是最后一个节点时，以此节点为头结点创建一个新的链表，并将此链表返回；

3）上一级的调用者接受到返回的链表后，将传入的节点作为链表的尾结点放到链表中；

4）逐级返回，直到回到最开始执行reverse_list函数中，将生成的新链表返回即可

5）代码实现：

# encoding=utf-8
import copy
?
?
class Node:
? ? """节点类，包含值和下一个节点的指针"""
? ? def __init__(self, value, next=None):
? ? ? ? self.value = value
? ? ? ? self.next = next
?
? ? def __str__(self):
? ? ? ? return "Node value:%s" % self.value
?
?
class LinkedList:
? ? def __init__(self, head=None, tail=None):
? ? ? ? self.head = head
? ? ? ? self.tail = tail
?
? ? def get_all(self):
? ? ? ? """获取链表中所有的节点"""
? ? ? ? nodes = []
? ? ? ? temp = self.head
? ? ? ? while temp:
? ? ? ? ? ? nodes.append(temp.value)
? ? ? ? ? ? temp = temp.next
? ? ? ? return nodes
?
? ? def add_node(self, value):
? ? ? ? """在列表中添加节点"""
? ? ? ? node = Node(value)
? ? ? ? # 空链表,收尾指针都指向新增加的节点
? ? ? ? if self.head is None:
? ? ? ? ? ? self.head = node
? ? ? ? ? ? self.tail = node
? ? ? ? else:
? ? ? ? ? ? self.tail.next = node
? ? ? ? ? ? self.tail = node
?
?
? ? def reverse_list(self, node):
? ? ? ? """
? ? ? ? 反转单链表
? ? ? ? 思路三：用递归实现
? ? ? ? :return:LinkedList 对象
? ? ? ? """
? ? ? ? if node.next is None:
? ? ? ? ? ? return LinkedList(node, node)
? ? ? ? temp = copy.deepcopy(node)
? ? ? ? # 断开当前节点的连接
? ? ? ? temp.next = None
? ? ? ? # 将当前节点放到内层递归返回的链表结尾
? ? ? ? l = self.reverse_list(node.next)
? ? ? ? l.tail.next = temp
? ? ? ? l.tail = temp
? ? ? ? return l
?
?
if __name__ == "__main__":
? ? l = LinkedList()
? ? for i in range(5):
? ? ? ? l.add_node(i)
? ? new_list_node = l.reverse_list1()
? ? print(new_list_node.get_all())
? ? print(new_list_node.tail)

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持。

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