链表反转算法详解与Python实现

1. 链表反转算法解析与实现

链表反转是数据结构与算法中最经典的面试题之一，也是检验程序员基本功的试金石。作为一名经历过上百场技术面试的老兵，我见过太多候选人在这道看似简单的题目上翻车。今天我们就来彻底拆解这个算法，不仅让你理解如何实现，更要明白为什么这样实现。

1.1 链表基础回顾

链表（Linked List）是一种线性数据结构，由一系列节点（Node）组成，每个节点包含两个部分：存储数据的数据域（val）和指向下一个节点的指针域（next）。与数组不同，链表的元素在内存中不是连续存储的，而是通过指针链接在一起。

python复制class ListNode:
    def __init__(self, val=0, next=None):
        self.val = val  # 数据域
        self.next = next  # 指针域

链表的主要操作包括：

• 遍历：从头节点开始，依次访问每个节点
• 插入：在指定位置添加新节点
• 删除：移除指定节点
• 反转：改变节点间的指向关系

提示：在面试中，面试官通常会要求你手写链表节点的定义，所以务必牢记这个基础结构。

1.2 反转算法的核心思想

链表反转的核心思路可以用三个关键动作概括：

1. 保存当前节点的下一个节点（防止断链）
2. 将当前节点的next指针指向前一个节点（反转指向）
3. 移动pre和cur指针到下一个位置（推进遍历）

这个过程就像一群人排成一列向后转，每个人都需要先记住自己后面是谁（保存nxt），然后转身面向前面的人（cur.next = pre），最后大家一起向前迈一步（pre, cur = cur, nxt）。

python复制def reverse_list(head):
    pre = None  # 前驱节点初始为None
    cur = head  # 当前节点从头节点开始
    while cur:
        nxt = cur.next  # 步骤1：保存下一个节点
        cur.next = pre  # 步骤2：反转指针
        pre = cur       # 步骤3：前驱节点前进
        cur = nxt       # 步骤3：当