解剖 Leetcode 24：巧妙交换，重塑单向循环流转

问题概述

给定一个单向循环流转的节点，你的任务是两两交换其相邻节点，并返回交换后的循环流转的节点。请注意，你不可以直接修改节点值，而需要实际进行节点交换操作。

哨兵巧思

直观地，我们可以采用暴力法，对相邻节点逐一交换。然而，这种方法需要遍历整个循环流转的节点，在最坏情况下复杂度达到 O(n)，其中 n 为节点数量。

聪明的算法设计者们引入了一个巧妙的概念：哨兵。哨兵是一个虚拟的节点，它指向第一个有效节点，且其 next 指针指向最后一个有效节点。有了哨兵，我们可以轻松地实现两两交换操作，因为我们只需要处理哨兵的 next 指针即可。

算法流程

以下是算法的详细流程：

1. 初始化哨兵： 建立一个哨兵节点，使其指向第一个有效节点，并将其保存为头指针。
2. 循环遍历： 以哨兵为起点，遍历整个循环流转的节点。
3. 交换相邻节点： 对于每个节点，将其与后继节点交换。
4. 更新头指针： 将哨兵的 next 指针更新为交换后的第一个节点。
5. 终止条件： 当哨兵的 next 指针指向第一个有效节点时，算法结束。

代码实现

def swapPairs(head):
    if not head or not head.next:
        return head

    dummy = ListNode(0)
    dummy.next = head

    prev = dummy
    current = head

    while current and current.next:
        nextPair = current.next.next
        second = current.next
        
        prev.next = second
        current.next = nextPair
        second.next = current
        
        prev = current
        current = nextPair
    
    return dummy.next

复杂度分析

在最坏情况下，算法需要遍历整个循环流转的节点，因此时间复杂度为 O(n)。空间复杂度为 O(1)，因为我们只引入了一个哨兵节点。

总结

两两交换单向循环流转的节点问题，看似复杂，但通过巧妙的哨兵设计，我们可以将其简化为对哨兵 next 指针的巧妙操作。这体现了算法设计中的灵活思维，通过引入一个虚拟的哨兵节点，可以简化问题，提高算法效率。