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## 24. 两两交换链表中的节点

[力扣题目链接](https://leetcode-cn.com/problems/swap-nodes-in-pairs/)

给定一个链表，两两交换其中相邻的节点，并返回交换后的链表。

你不能只是单纯的改变节点内部的值，而是需要实际的进行节点交换。


<img src='https://code-thinking.cdn.bcebos.com/pics/24.%E4%B8%A4%E4%B8%A4%E4%BA%A4%E6%8D%A2%E9%93%BE%E8%A1%A8%E4%B8%AD%E7%9A%84%E8%8A%82%E7%82%B9-%E9%A2%98%E6%84%8F.jpg' width=600 alt='24.两两交换链表中的节点-题意'> </img></div>

## 思路

这道题目正常模拟就可以了。

建议使用虚拟头结点，这样会方便很多，要不然每次针对头结点（没有前一个指针指向头结点），还要单独处理。

对虚拟头结点的操作，还不熟悉的话，可以看这篇[链表：听说用虚拟头节点会方便很多？](https://programmercarl.com/0203.移除链表元素.html)。

接下来就是交换相邻两个元素了，**此时一定要画图，不画图，操作多个指针很容易乱，而且要操作的先后顺序**

初始时，cur指向虚拟头结点，然后进行如下三步：

![24.两两交换链表中的节点1](https://code-thinking.cdn.bcebos.com/pics/24.%E4%B8%A4%E4%B8%A4%E4%BA%A4%E6%8D%A2%E9%93%BE%E8%A1%A8%E4%B8%AD%E7%9A%84%E8%8A%82%E7%82%B91.png)

操作之后，链表如下：

![24.两两交换链表中的节点2](https://code-thinking.cdn.bcebos.com/pics/24.%E4%B8%A4%E4%B8%A4%E4%BA%A4%E6%8D%A2%E9%93%BE%E8%A1%A8%E4%B8%AD%E7%9A%84%E8%8A%82%E7%82%B92.png)

看这个可能就更直观一些了：


![24.两两交换链表中的节点3](https://code-thinking.cdn.bcebos.com/pics/24.%E4%B8%A4%E4%B8%A4%E4%BA%A4%E6%8D%A2%E9%93%BE%E8%A1%A8%E4%B8%AD%E7%9A%84%E8%8A%82%E7%82%B93.png)

对应的C++代码实现如下： （注释中详细和如上图中的三步做对应）

```CPP
class Solution {
public:
    ListNode* swapPairs(ListNode* head) {
        ListNode* dummyHead = new ListNode(0); // 设置一个虚拟头结点
        dummyHead->next = head; // 将虚拟头结点指向head，这样方面后面做删除操作
        ListNode* cur = dummyHead;
        while(cur->next != nullptr && cur->next->next != nullptr) {
            ListNode* tmp = cur->next; // 记录临时节点
            ListNode* tmp1 = cur->next->next->next; // 记录临时节点

            cur->next = cur->next->next;    // 步骤一
            cur->next->next = tmp;          // 步骤二
            cur->next->next->next = tmp1;   // 步骤三

            cur = cur->next->next; // cur移动两位，准备下一轮交换
        }
        return dummyHead->next;
    }
};
```

* 时间复杂度：$O(n)$
* 空间复杂度：$O(1)$

## 拓展

**这里还是说一下，大家不必太在意力扣上执行用时，打败多少多少用户，这个统计不准确的。**

做题的时候自己能分析出来时间复杂度就可以了，至于力扣上执行用时，大概看一下就行。

上面的代码我第一次提交执行用时8ms，打败6.5%的用户，差点吓到我了。

心想应该没有更好的方法了吧，也就$O(n)$的时间复杂度，重复提交几次，这样了：

![24.两两交换链表中的节点](https://code-thinking.cdn.bcebos.com/pics/24.%E4%B8%A4%E4%B8%A4%E4%BA%A4%E6%8D%A2%E9%93%BE%E8%A1%A8%E4%B8%AD%E7%9A%84%E8%8A%82%E7%82%B9.png)

力扣上的统计如果两份代码是 100ms 和 300ms的耗时，其实是需要注意的。

如果一个是 4ms 一个是 12ms，看上去好像是一个打败了80%，一个打败了20%，其实是没有差别的。 只不过是力扣上统计的误差而已。


## 其他语言版本

C:
```c
/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     struct ListNode *next;
 * };
 */
//递归版本
struct ListNode* swapPairs(struct ListNode* head){
    //递归结束条件：头节点不存在或头节点的下一个节点不存在。此时不需要交换，直接返回head
    if(!head || !head->next)
        return head;
    //创建一个节点指针类型保存头结点下一个节点
    struct ListNode *newHead = head->next;
    //更改头结点+2位节点后的值，并将头结点的next指针指向这个更改过的list
    head->next = swapPairs(newHead->next);
    //将新的头结点的next指针指向老的头节点
    newHead->next = head;
    return newHead;
}
```

```c
//迭代版本
struct ListNode* swapPairs(struct ListNode* head){
    //使用双指针避免使用中间变量
    typedef struct ListNode ListNode;
    ListNode *fakehead = (ListNode *)malloc(sizeof(ListNode));
    fakehead->next = head;
    ListNode* right = fakehead->next;
    ListNode* left = fakehead;
    while(left && right && right->next ){
        left->next = right->next;
        right->next = left->next->next;
        left->next->next = right;
        left = right;
        right = left->next;
    }
    return fakehead->next;
}
```

Java：

```Java
// 递归版本
class Solution {
    public ListNode swapPairs(ListNode head) {
        // base case 退出提交
        if(head == null || head.next == null) return head;
        // 获取当前节点的下一个节点
        ListNode next = head.next;
        // 进行递归
        ListNode newNode = swapPairs(next.next);
        // 这里进行交换
        next.next = head;
        head.next = newNode;

        return next;
    }
} 
```

```java
// 虚拟头结点
class Solution {
  public ListNode swapPairs(ListNode head) {

    ListNode dummyNode = new ListNode(0);
    dummyNode.next = head;
    ListNode prev = dummyNode;

    while (prev.next != null && prev.next.next != null) {
      ListNode temp = head.next.next; // 缓存 next
      prev.next = head.next;          // 将 prev 的 next 改为 head 的 next
      head.next.next = head;          // 将 head.next(prev.next) 的next，指向 head
      head.next = temp;               // 将head 的 next 接上缓存的temp
      prev = head;                    // 步进1位
      head = head.next;               // 步进1位
    }
    return dummyNode.next;
  }
}
```

Python：
```python
# Definition for singly-linked list.
# class ListNode:
#     def __init__(self, val=0, next=None):
#         self.val = val
#         self.next = next

class Solution:
    def swapPairs(self, head: ListNode) -> ListNode:
        res = ListNode(next=head)
        pre = res
        
        # 必须有pre的下一个和下下个才能交换，否则说明已经交换结束了
        while pre.next and pre.next.next:
            cur = pre.next
            post = pre.next.next
            
            # pre，cur，post对应最左，中间的，最右边的节点
            cur.next = post.next
            post.next = cur
            pre.next = post

            pre = pre.next.next
        return res.next
```

Go：
```go
func swapPairs(head *ListNode) *ListNode {
    dummy := &ListNode{
        Next: head,
    }
    //head=list[i]
    //pre=list[i-1]
    pre := dummy 
    for head != nil && head.Next != nil {
        pre.Next = head.Next
        next := head.Next.Next
        head.Next.Next = head
        head.Next = next
        //pre=list[(i+2)-1]
        pre = head 
        //head=list[(i+2)]
        head = next
    }
    return dummy.Next
}
```

```go
// 递归版本
func swapPairs(head *ListNode) *ListNode {
    if head == nil || head.Next == nil {
        return head
    }
    next := head.Next
    head.Next = swapPairs(next.Next)
    next.Next = head
    return next
}
```

Javascript:
```javascript
var swapPairs = function (head) {
  let ret = new ListNode(0, head), temp = ret;
  while (temp.next && temp.next.next) {
    let cur = temp.next.next, pre = temp.next;
    pre.next = cur.next;
    cur.next = pre;
    temp.next = cur;
    temp = pre;
  }
  return ret.next;
};
```

Kotlin:

```kotlin
fun swapPairs(head: ListNode?): ListNode? {
    val dummyNode = ListNode(0).apply { 
        this.next = head
    }
    var cur: ListNode? = dummyNode
    while (cur?.next != null && cur.next?.next != null) {
        val temp = cur.next
        val temp2 = cur.next?.next?.next
        cur.next = cur.next?.next
        cur.next?.next = temp
        cur.next?.next?.next = temp2
        cur = cur.next?.next
    }
    return dummyNode.next
}
```

Swift:
```swift
func swapPairs(_ head: ListNode?) -> ListNode? {
    if head == nil || head?.next == nil {
        return head
    }
    let dummyHead: ListNode = ListNode(-1, head)
    var current: ListNode? = dummyHead
    while current?.next != nil && current?.next?.next != nil {
        let temp1 = current?.next
        let temp2 = current?.next?.next?.next
        
        current?.next = current?.next?.next
        current?.next?.next = temp1
        current?.next?.next?.next = temp2
        
        current = current?.next?.next
    }
    return dummyHead.next
}
```


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<div align="center"><img src=https://code-thinking.cdn.bcebos.com/pics/01二维码一.jpg width=500> </img></div>
