反转链表

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一、题意

来源：力扣（LeetCode）
链接：https://leetcode.cn/problems/reverse-linked-list

  给你单链表的头节点 head ，请你反转链表，并返回反转后的链表。

  示例 1：

输入：head = [1,2,3,4,5]
输出：[5,4,3,2,1]

  示例 2：

输入：head = [1,2]
输出：[2,1]

  示例 3：

输入：head = []
输出：[]

  提示：

    链表中节点的数目范围是 [0, 5000]
    -5000 <= Node.val <= 5000

  进阶：链表可以选用迭代或递归方式完成反转。你能否用两种方法解决这道题？

二、算法思路及 Java 实现

2.1 迭代

  假设链表为 1 → 2 → 3 → ∅，我们想要把它改成 ∅ ← 1 ← 2 ← 3。

  在遍历链表时，将当前节点的 next 指针改为指向前一个节点。由于节点没有引用其前一个节点，因此必须事先存储其前一个节点。在更改引用之前，还需要存储后一个节点。最后返回新的头引用。

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * public class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode() {}
 *     ListNode(int val) { this.val = val; }
 *     ListNode(int val, ListNode next) { this.val = val; this.next = next; }
 * }
 */
class Solution {
    public ListNode reverseList(ListNode head) {
        ListNode prev = null;
        ListNode cur = head;
        while (cur != null) {
            ListNode next = cur.next;
            cur.next = prev;
            prev = cur;
            cur = next;
        }
        return prev;
    }
}

  复杂度分析：

• 时间复杂度：O(n)，其中 n 是链表的长度。需要遍历链表一次。
• 空间复杂度：O(1)。

2.2 递归

  递归版本稍微复杂一些，其关键在于反向工作。假设链表的其余部分已经被反转，现在应该如何反转它前面的部分？

  假设链表为：

  n1 → … → nk−1 → nk → nk+1 → … → nm → ∅

  若从节点 nk+1 到 nm 已经被反转，而我们正处于 nk​。

  n1 → … → nk−1 → nk → nk+1 ← … ← nm

  我们希望 nk+1 的下一个节点指向 nk​。

  所以，nk.next.next = nk​。

  需要注意的是 n1 的下一个节点必须指向 ∅。如果忽略了这一点，链表中可能会产生环。

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * public class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode() {}
 *     ListNode(int val) { this.val = val; }
 *     ListNode(int val, ListNode next) { this.val = val; this.next = next; }
 * }
 */
class Solution {
    public ListNode reverseList(ListNode head) {
        if (head == null || head.next == null) {
            return head;
        }

        ListNode newHead = reverseList(head.next);
        head.next.next = head;
        head.next = null;
        return newHead;
    }
}

  复杂度分析：

• 时间复杂度：O(n)，其中 n 是链表的长度。需要对链表的每个节点进行反转操作。
• 空间复杂度：O(n)，其中 n 是链表的长度。空间复杂度主要取决于递归调用的栈空间，最多为 n 层。