java 链表翻转递归

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mob649e81630984 2024-09-18 06:37:03 ©著作权

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学习如何使用 Java 实现链表翻转（递归）

链表是一种重要的数据结构，常用于存储和操作数据。翻转链表是一个经典的面试题，它有许多实际应用，比如在处理某些算法或数据结构时。在本文中，我们将学习如何使用递归方法来翻转一个链表。我们将通过几个步骤逐步实现这一目标。

实现流程

首先，我们来概述一下整个实现过程。下面的表格展示了翻转链表的基本步骤：

步骤	描述
1	定义链表节点类（Node）
2	编写链表翻转的递归函数
3	测试代码，验证功能

步骤详解

步骤 1: 定义链表节点类

在 Java 中，我们首先需要定义一个链表节点类。这是链表的基本组成部分。

// 定义链表节点类
class ListNode {
    int val;             // 节点的值
    ListNode next;      // 指向下一个节点的引用

    // 构造函数
    ListNode(int x) {
        val = x;        // 初始化节点的值
        next = null;    // 默认节点的下一个节点为 null
    }
}

注释

上述代码定义了一个 ListNode 类，其中 val 存储节点的值，next 存储指向下一个节点的引用。构造函数用于创建新节点时初始化值。

步骤 2: 编写链表翻转的递归函数

接下来，我们编写链表翻转的递归函数。递归翻转链表的基本思想是将当前节点的下一个节点翻转，然后将当前节点指向 null。

// 递归翻转链表的方法
public ListNode reverseList(ListNode head) {
    // 基本情况：如果当前节点为空或只有一个节点，直接返回当前节点
    if (head == null || head.next == null) {
        return head;
    }
    
    // 递归翻转后面的链表
    ListNode newHead = reverseList(head.next);
    
    // 使当前节点指向 null
    head.next.next = head; // 将下一个节点的 next 指向当前节点
    head.next = null;      // 将当前节点的 next 指向 null
    
    // 返回新的头节点
    return newHead;
}

注释

在递归函数 reverseList 中，首先检查基本情况。如果头节点为空或只有一个节点，返回该节点（此时链表已经翻转完成）。
调用 reverseList 函数递归地翻转后面的链表。
将当前节点的 next 的 next 指向当前节点，实现翻转。
将当前节点的 next 指向 null，以断开与后面的连接。
返回新的头节点 newHead。

步骤 3: 测试代码，验证功能

最后，我们需要编写测试代码，以便检查我们的链表翻转功能是否正常。

// 测试程序
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建链表 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5
        ListNode head = new ListNode(1);
        head.next = new ListNode(2);
        head.next.next = new ListNode(3);
        head.next.next.next = new ListNode(4);
        head.next.next.next.next = new ListNode(5);
        
        // 翻转链表
        ListNode reversedHead = reverseList(head);
        
        // 输出翻转后的链表
        printList(reversedHead);
    }
    
    // 输出链表的辅助函数
    public static void printList(ListNode head) {
        ListNode current = head;
        while (current != null) {
            System.out.print(current.val + " -> ");
            current = current.next;
        }
        System.out.println("null");
    }
}

注释

在测试代码中，我们首先创建了一个链表 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5，然后调用 reverseList 方法进行翻转。最后，使用 printList 方法输出翻转后的链表。

状态图

为了更好地理解递归过程，我们可以使用状态图来表示链表翻转的状态变化。以下是状态图的示例：

stateDiagram
    [*] --> Head1
    Head1 --> Head2
    Head2 --> Head3
    Head3 --> Head4
    Head4 --> Head5
    Head5 --> [*]

旅行图

在链表翻转过程中，我们的程序经历了许多状态变化。以下是旅行图的例子，展示了如何从初始状态走到翻转后的状态。

journey
    title 链表翻转节点访问过程
    section 访问节点
      访问 Head1: 5: Head1 -> Head2
      访问 Head2: 6: Head2 -> Head3
      访问 Head3: 7: Head3 -> Head4
      访问 Head4: 8: Head4 -> Head5
      访问 Head5: 9: Head5 -> null
    section 获取新头
      获取新头: 4: Head5 -> Head4
      获取新头: 3: Head4 -> Head3
      获取新头: 2: Head3 -> Head2
      获取新头: 1: Head2 -> Head1