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