206. Reverse Linked List

leetcode/arai60/memo.md

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+# 206. Reverse Linked List
+* 問題: https://leetcode.com/problems/reverse-linked-list/
+* 言語: Python
+
+## Step1
+* 単純に `node.next = node` とすると循環参照となり、TLE
+* 1つの一時変数に `node.next` を退避しても循環参照となる
+* 20分ほどWAで手が止まって5分経ったので正答を見る
+
+### 正答 
+```py
+class Solution:
+    def reverseList(self, head: Optional[ListNode]) -> Optional[ListNode]:
+        prev = None
+        node = head
+
+        while node:
+            node_next = node.next
+            node.next = prev
+            prev = node
+            node = node_next
+
+        return prev
+```
+* 時間計算量: $O(n)$
+* 空間計算量: $O(1)$
+* ひとつ前、現在、ひとつ後のノードを保持する変数を使う
+* ひとつ後のノードを一時変数 `next_temp` に退避してから、現在のノードのひとつ後のノードへのポインタをひとつ前のノードで更新
+* ひとつ前のノードを現在のノードで更新
+* 現在のノードを次のノードで更新
+* スタックと再帰を使った方法もありそう
+
+## Step2
+### 他の人のコードを読む
+* 典型コメント: https://docs.google.com/document/d/11HV35ADPo9QxJOpJQ24FcZvtvioli770WWdZZDaLOfg/edit?tab=t.0#heading=h.x5w37bodndgj
+    * https://github.com/TORUS0818/leetcode/pull/9
+    - Python
+    - 繋ぎ替え、スタックとループ、再帰
+      - スタックとループの方法では、新たにノードを生成しているので空間計算量が増える
+      - 一番わかりやすい気がする
+        - ```py
+            class Solution:
+                def reverseList(self, head: Optional[ListNode]) -> Optional[ListNode]:
+                    if not head:
+                        return head
+
+                    node = head
+                    visited_nodes = []
+                    while node:
+                        visited_nodes.append(node.val)
+                        node = node.next
+
+                    reversed_head = ListNode(visited_nodes.pop(), None)
+                    reversed_node = reversed_head
+                    while visited_nodes:
+                        reversed_node.next = ListNode(visited_nodes.pop(), None)
+                        reversed_node = reversed_node.next
+
+                    return reversed_head
+            ```
+        - 再帰
+          - 現在のノードの次のノードから始まる部分リストを再帰的に反転
+          - 次のノードのnext `node.next.next` を現在のノードに付け替え
+          - 現在のノードのnext `node.next` を `None` にする
+          - ```py
+            class Solution:
+                def reverseList(self, head: Optional[ListNode]) -> Optional[ListNode]:
+                    if not head or not head.next:
+                        return head
+
+                    new_head = self.reverseList(head.next)
+                    head.next.next = head
+                    head.next = None
+                    return new_head
+            ```
+        - 再帰
+          - 逆順になった先頭と末尾を戻すヘルパー関数を使う方法
+          - ```py
+            class Solution:
+                def reverseList(self, head: Optional[ListNode]) -> Optional[ListNode]:
+                    def reverse_list_helper(node):
+                        if not node:
+                            return None, None
+                        if not node.next:
+                            return node, node
+                        node_next = node.next
+                        node.next = None
+                        reversed_head, reversed_tail = reverse_list_helper(node_next)
+                        reversed_tail.next = node
+                        return reversed_head, node
+
+                    reversed_head, _ = reverse_list_helper(head)
+                    return reversed_head
+            ```
+          - cf. https://discord.com/channels/1084280443945353267/1231966485610758196/1239417493211320382
+    * https://github.com/goto-untrapped/Arai60/pull/27/
+      - Java
+      - 再帰
+        - 先頭から自分まで逆順にしたものを次のノードに渡して、全部が逆順になったものを返してもらう
+        - 前から順番に付け替えていく
+        - ```java
+            class Solution {
+                ListNode reverseListHelper(ListNode reversed, ListNode rest) {
+                    if (rest == null) {
+                        return reversed;
+                    }
+                    ListNode rest_tail = rest.next;
+                    rest.next = reversed;
+                    return reverseListHelper(rest, rest_tail);
+                }
+
+                public ListNode reverseList(ListNode head) {
+                    return reverseListHelper(null, head);
+                }
+            }
+          ```
+
+### 読みやすく書き直したコード
+```py
+class Solution:
+    def reverseList(self, head: Optional[ListNode]) -> Optional[ListNode]:
+        reversed_head = None
+        rest = head
+
+        while rest:
+            rest_tail = rest.next
+            rest.next = reversed_head
+            reversed_head = rest
+            rest = rest_tail
+
+        return reversed_head
+```
+
+## Step3
+```py
+class Solution:
+    def reverseList(self, head: Optional[ListNode]) -> Optional[ListNode]:
+        reversed_head = None
+        rest = head
+
+        while rest:
+            rest_tail = rest.next
+            rest.next = reversed_head
+            reversed_head = rest
+            rest = rest_tail
+
+        return reversed_head
+```
+* 解答時間
+  - 1回目: 1:16
+  - 2回目: 1:15
+  - 3回目: 1:12