k个一组反转链表.md

# 如何k个一组反转链表

之前的文章「递归反转链表的一部分」讲了如何递归地反转一部分链表，有读者就问如何迭代地反转链表，这篇文章解决的问题也需要反转链表的函数，我们不妨就用迭代方式来解决。

本文要解决「K 个一组反转链表」，不难理解：

![](../pictures/kgroup/title.png)

这个问题经常在面经中看到，而且 LeetCode 上难度是 Hard，它真的有那么难吗？

对于基本数据结构的算法问题其实都不难，只要结合特点一点点拆解分析，一般都没啥难点。下面我们就来拆解一下这个问题。

### 一、分析问题

首先，前文[学习数据结构的框架思维](../算法思维系列/学习数据结构和算法的框架思维.md)提到过，链表是一种兼具递归和迭代性质的数据结构，认真思考一下可以发现**这个问题具有递归性质**。

什么叫递归性质？直接上图理解，比如说我们对这个链表调用 `reverseKGroup(head, 2)`，即以 2 个节点为一组反转链表：

![](../pictures/kgroup/1.jpg)

如果我设法把前 2 个节点反转，那么后面的那些节点怎么处理？后面的这些节点也是一条链表，而且规模（长度）比原来这条链表小，这就叫**子问题**。

![](../pictures/kgroup/2.jpg)

我们可以直接递归调用 `reverseKGroup(cur, 2)`，因为子问题和原问题的结构完全相同，这就是所谓的递归性质。

发现了递归性质，就可以得到大致的算法流程：

**1、先反转以 `head` 开头的 `k` 个元素**。

![](../pictures/kgroup/3.jpg)

**2、将第 `k + 1` 个元素作为 `head` 递归调用 `reverseKGroup` 函数**。

![](../pictures/kgroup/4.jpg)

**3、将上述两个过程的结果连接起来**。

![](../pictures/kgroup/5.jpg)

整体思路就是这样了，最后一点值得注意的是，递归函数都有个 base case，对于这个问题是什么呢？

题目说了，如果最后的元素不足 `k` 个，就保持不变。这就是 base case，待会会在代码里体现。

### 二、代码实现

首先，我们要实现一个 `reverse` 函数反转一个区间之内的元素。在此之前我们再简化一下，给定链表头结点，如何反转整个链表？

```java
// 反转以 a 为头结点的链表
ListNode reverse(ListNode a) {
    ListNode pre, cur, nxt;
    pre = null; cur = a; nxt = a;
    while (cur != null) {
        nxt = cur.next;
        // 逐个结点反转
        cur.next = pre;
        // 更新指针位置
        pre = cur;
        cur = nxt;
    }
    // 返回反转后的头结点
    return pre;
}
```

![](../pictures/kgroup/8.gif)

这次使用迭代思路来实现的，借助动画理解应该很容易。

「反转以 `a` 为头结点的链表」其实就是「反转 `a` 到 null 之间的结点」，那么如果让你「反转 `a` 到 `b` 之间的结点」，你会不会？

只要更改函数签名，并把上面的代码中 `null` 改成 `b` 即可：
[labuladong](https://github.com/labuladong) 提供Java解法代码：
```java
/** 反转区间 [a, b) 的元素，注意是左闭右开 */
ListNode reverse(ListNode a, ListNode b) {
    ListNode pre, cur, nxt;
    pre = null; cur = a; nxt = a;
    // while 终止的条件改一下就行了
    while (cur != b) {
        nxt = cur.next;
        cur.next = pre;
        pre = cur;
        cur = nxt;
    }
    // 返回反转后的头结点
    return pre;
}
```
[renxiaoyao](https://github.com/tianzhongwei) 提供C++解法代码：
```C++
ListNode* reverse(ListNode* begin,ListNode* end) {
    ListNode* newHead = nullptr;
    ListNode* cur = begin;
    while(cur != end) {
        ListNode* next = cur->next;
        cur->next = newHead;
        newHead = cur;
        cur = next;
    }
    return newHead;
}
```

现在我们迭代实现了反转部分链表的功能，接下来就按照之前的逻辑编写 `reverseKGroup` 函数即可：
[labuladong](https://github.com/labuladong) 提供Java解法代码：
```java
ListNode reverseKGroup(ListNode head, int k) {
    if (head == null) return null;
    // 区间 [a, b) 包含 k 个待反转元素
    ListNode a, b;
    a = b = head;
    for (int i = 0; i < k; i++) {
        // 不足 k 个，不需要反转，base case
        if (b == null) return head;
        b = b.next;
    }
    // 反转前 k 个元素
    ListNode newHead = reverse(a, b);
    // 递归反转后续链表并连接起来
    a.next = reverseKGroup(b, k);
    return newHead;
}
```
[renxiaoyao](https://github.com/tianzhongwei) 提供C++解法代码：
```C++
class Solution {
public:
    ListNode* reverseKGroup(ListNode* head, int k) {
        if(!head)   return head;
        ListNode* begin = head;
        ListNode* end = head;
        for(int i = 0 ; i < k ; ++i) {
            if(!end)
                return head;
            end = end->next;
        }
        ListNode* newHead = reverse(begin,end);
        begin->next = reverseKGroup(end,k);
        return newHead;
    }
private:
    ListNode* reverse(ListNode* begin,ListNode* end) {
        ListNode* newHead = nullptr;
        ListNode* cur = begin;
        while(cur != end) {
            ListNode* next = cur->next;
            cur->next = newHead;
            newHead = cur;
            cur = next;
        }
        return newHead;
    }
};
```
解释一下 `for` 循环之后的几句代码，注意 `reverse` 函数是反转区间 `[a, b)`，所以情形是这样的：

![](../pictures/kgroup/6.jpg)

递归部分就不展开了，整个函数递归完成之后就是这个结果，完全符合题意：

![](../pictures/kgroup/7.jpg)

### 三、最后说两句

从阅读量上看，基本数据结构相关的算法文章看的人都不多，我想说这是要吃亏的。

大家喜欢看动态规划相关的问题，可能因为面试很常见，但就我个人理解，很多算法思想都是源于数据结构的。我们公众号的成名之作之一，「学习数据结构的框架思维」就提过，什么动规、回溯、分治算法，其实都是树的遍历，树这种结构它不就是个多叉链表吗？你能处理基本数据结构的问题，解决一般的算法问题应该也不会太费事。

那么如何分解问题、发现递归性质呢？这个只能多练习，也许后续可以专门写一篇文章来探讨一下，本文就到此为止吧，希望对大家有帮助！

坚持原创高质量文章，致力于把算法问题讲清楚，欢迎关注我的公众号 labuladong 获取最新文章：

![labuladong](../pictures/labuladong.jpg)



[KAGAWA317](https://github.com/KAGAWA317) 提供Python3解法代码：

```python
# 反转区间 [a, b) 的元素
def reverse(a, b):
    pre = None
    cur = a
    while cur != b:
        cur.next, pre, cur = pre, cur, cur.next
        return pre
```

[KAGAWA317](https://github.com/KAGAWA317) 提供Python3解法代码：

```python
class Solution:
    def reverseKGroup(self, head: ListNode, k: int) -> ListNode:
        if not head:
            return
        #  区间 [a, b) 包含 k 个待反转元素
        a = b = head
        for _ in range(k):
            # 不足 k 个，不需要反转，base case
            if not b:
                return head
            b = b.next

        # 反转区间 [a, b) 的元素
        def reverse(a, b):
            pre = None
            cur = a
            while cur != b:
                cur.next, pre, cur = pre, cur, cur.next
            return pre

        #  反转前 k 个元素
        newHead = reverse(a, b)
        # 递归反转后续链表并连接起来
        a.next = self.reverseKGroup(b, k)
        return newHead
```

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