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M2130.链表最大孪生和 ​

linked list, https://leetcode.cn/problems/maximum-twin-sum-of-a-linked-list/

在一个大小为 n 且 n 为 偶数 的链表中,对于 0 <= i <= (n / 2) - 1 的 i ,第 i 个节点(下标从 0 开始)的孪生节点为第 (n-1-i) 个节点 。

  • 比方说,n = 4 那么节点 0 是节点 3 的孪生节点,节点 1 是节点 2 的孪生节点。这是长度为 n = 4 的链表中所有的孪生节点。

孪生和 定义为一个节点和它孪生节点两者值之和。

给你一个长度为偶数的链表的头节点 head ,请你返回链表的 最大孪生和 。

示例 1:

img
输入:head = [5,4,2,1]
输出:6
解释:
节点 0 和节点 1 分别是节点 3 和 2 的孪生节点。孪生和都为 6 。
链表中没有其他孪生节点。
所以,链表的最大孪生和是 6 。

示例 2:

img
输入:head = [4,2,2,3]
输出:7
解释:
链表中的孪生节点为:
- 节点 0 是节点 3 的孪生节点,孪生和为 4 + 3 = 7 。
- 节点 1 是节点 2 的孪生节点,孪生和为 2 + 2 = 4 。
所以,最大孪生和为 max(7, 4) = 7 。

示例 3:

img
输入:head = [1,100000]
输出:100001
解释:
链表中只有一对孪生节点,孪生和为 1 + 100000 = 100001 。

提示:

  • 链表的节点数目是 [2, 10^5] 中的 偶数 。
  • 1 <= Node.val <= 10^5

可以使用快慢指针和链表反转的方法来在线性时间复杂度 O(n) 和常数级空间复杂度 O(1) 内解决此问题。

解题思路

  1. 寻找链表的中点: 使用快慢指针(slow 和 fast)。快指针每次走两步,慢指针每次走一步。当快指针到达链表末尾时,慢指针刚好指向链表的后半部分的起始节点。

  2. 反转后半部分链表: 从慢指针 slow 开始,将后半部分的链表进行原地反转。这样,我们可以从后半部分的末尾向前遍历(即反转后的链表头部开始)。

  3. 计算最大孪生和: 同时遍历前半部分链表(从 head 开始)和反转后的后半部分链表(从反转后的头节点开始),计算对应节点的和,并更新最大值。

Python 3 代码实现

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

class Solution:
    def pairSum(self, head: Optional[ListNode]) -> int:
        # 1. 使用快慢指针找到链表的中点
        slow = head
        fast = head
        while fast and fast.next:
            slow = slow.next
            fast = fast.next.next
            
        # 此时 slow 指向后半部分链表的起点
        
        # 2. 反转后半部分链表
        prev = None
        curr = slow
        while curr:
            next_node = curr.next
            curr.next = prev
            prev = curr
            curr = next_node
            
        # prev 现在是反转后后半部分链表的头节点
        
        # 3. 双指针遍历,计算最大孪生和
        max_sum = 0
        first_half = head
        second_half = prev
        while second_half:
            max_sum = max(max_sum, first_half.val + second_half.val)
            first_half = first_half.next
            second_half = second_half.next
            
        return max_sum

复杂度分析

  • 时间复杂度:O(n)。寻找中点需要 O(n/2),反转后半部分需要 O(n/2),计算最大和需要 O(n/2),总体时间复杂度为线性。
  • 空间复杂度:O(1)。我们只使用了几个指针变量,未消耗额外的存储空间。