24. 两两交换链表中的节点

给你一个链表，两两交换其中相邻的节点，并返回交换后链表的头节点。你必须在不修改节点内部的值的情况下完成本题（即，只能进行节点交换）。

示例 1：

**输入：**head = [1,2,3,4]
输出：[2,1,4,3]

示例 2：

**输入：**head = []
输出：[]

示例 3：

**输入：**head = [1]
输出：[1]

提示：

链表中节点的数目在范围 [0, 100] 内
0 <= Node.val <= 100

方法一：递归

思路与算法

可以通过递归的方式实现两两交换链表中的节点。

递归的终止条件是链表中没有节点，或者链表中只有一个节点，此时无法进行交换。

如果链表中至少有两个节点，则在两两交换链表中的节点之后，原始链表的头节点变成新的链表的第二个节点，原始链表的第二个节点变成新的链表的头节点。链表中的其余节点的两两交换可以递归地实现。在对链表中的其余节点递归地两两交换之后，更新节点之间的指针关系，即可完成整个链表的两两交换。

用 head 表示原始链表的头节点，新的链表的第二个节点，用 newHead 表示新的链表的头节点，原始链表的第二个节点，则原始链表中的其余节点的头节点是 newHead.next。令 head.next = swapPairs(newHead.next)，表示将其余节点进行两两交换，交换后的新的头节点为 head 的下一个节点。然后令 newHead.next = head，即完成了所有节点的交换。最后返回新的链表的头节点 newHead。

代码

class Solution {
    public ListNode swapPairs(ListNode head) {
        if (head == null || head.next == null) {
            return head;
        }
        ListNode newHead = head.next; // 取出第二个节点
        head.next = swapPairs(newHead.next); // 递归处理剩下的链表，并将当前第一个节点连接到交换后的后续部分
        newHead.next = head; // 让第二个节点指向第一个节点，完成交换
        return newHead; // 返回交换后的新头节点
    }
}

复杂度分析

时间复杂度：O(n)，其中 n 是链表的节点数量。需要对每个节点进行更新指针的操作。
空间复杂度：O(n)，其中 n 是链表的节点数量。空间复杂度主要取决于递归调用的栈空间。

方法二：迭代

思路与算法

也可以通过迭代的方式实现两两交换链表中的节点。

创建哑结点 dummyHead，令 dummyHead.next = head。令 temp 表示当前到达的节点，初始时 temp = dummyHead。每次需要交换 temp 后面的两个节点。

如果 temp 的后面没有节点或者只有一个节点，则没有更多的节点需要交换，因此结束交换。否则，获得 temp 后面的两个节点 node1 和 node2，通过更新节点的指针关系实现两两交换节点。

具体而言，交换之前的节点关系是 temp -> node1 -> node2，交换之后的节点关系要变成 temp -> node2 -> node1，因此需要进行如下操作。

temp.next = node2
node1.next = node2.next
node2.next = node1

完成上述操作之后，节点关系即变成 temp -> node2 -> node1。再令 temp = node1，对链表中的其余节点进行两两交换，直到全部节点都被两两交换。

两两交换链表中的节点之后，新的链表的头节点是 dummyHead.next，返回新的链表的头节点即可。

代码

class Solution {
    public ListNode swapPairs(ListNode head) {
        ListNode dummyHead = new ListNode(0); // 创建虚拟头节点
        dummyHead.next = head; // 让 dummyHead 指向 head
        ListNode temp = dummyHead; // temp 作为遍历指针

        while (temp.next != null && temp.next.next != null) { 
            ListNode node1 = temp.next;       // 指向当前的第一个节点
            ListNode node2 = temp.next.next;  // 指向当前的第二个节点

            temp.next = node2;   // 让前驱节点 temp 指向 node2（第二个节点）
            node1.next = node2.next;  // 让 node1（第一个节点）指向 node2 之后的节点
            node2.next = node1;  // 让 node2（第二个节点）指向 node1，完成交换

            temp = node1;  // 让 temp 移动到 node1，准备处理下一对
        }
        return dummyHead.next; // 返回真正的头节点
    }
}

复杂度分析

时间复杂度：O(n)，其中 n 是链表的节点数量。需要对每个节点进行更新指针的操作。
空间复杂度：O(1)。