206. Reverse Linked List

reverse-linked-list/main.md

@@ -0,0 +1,181 @@
+## Step1
+stackに全ノードをためておき, 今度はstackが空になるまで後ろにつなげていけばいい.
+時間計算量はO(N)になる.
+時間: 10分くらい.
+
+```py
+class Solution:
+    def reverseList(self, head: Optional[ListNode]) -> Optional[ListNode]:
+        node = head
+        stack = []
+        while node is not None:
+            stack.append(node)
+            node = node.next
+
+        dummy = ListNode()
+        tail = dummy
+        while stack:
+            tail.next = stack.pop()
+            tail.next.next = None
+            tail = tail.next
+
+        return dummy.next
+```
+`tail`より`reversed_node`あたりが良いか？
+
+# Step2 follw up, 他の人のコードを読む.
+
+次にフォローアップで再帰を用いて書いてみる.
+以下のように記述したが間違い. head.next以降を逆順に並び替えたものの後ろに加えるという発想はあっていたが, これだと末尾を返すことになってしまう.
+```py
+class Solution:
+    def reverseList(self, head: Optional[ListNode]) -> Optional[ListNode]:
+        if head is None or head.next is None:
+            return head
+
+        reversed_head = self.reverseList(head.next)
+        head.next = None
+        reversed_head.next = head
+        return reversed_head
+```
+
+https://discord.com/channels/1084280443945353267/1231966485610758196/1239417493211320382
+https://github.com/goto-untrapped/Arai60/pull/27/files
+再帰については２つの考え方がある.
+1. 頭からn番目まで逆順にしたリストを渡して, 全体が逆順になったものを返却してもらう.
+2. 何も渡さず, n番目以降を逆順にしたものを返却してもらう.
+
+1は
+2はheadとhead.nextに分離して, head.nextを再帰的に逆順にしたもののtailにheadをくっつける. 最終的には逆順リストの頭を返さないといけないので, 再帰関数ではheadも返すようにし, 最終的にこれを返却する.
+
+```py
+class Solution:
+    def reverseList(self, head: Optional[ListNode]) -> Optional[ListNode]:
+        def reverseListHelper(node):
+            # nodeが最後の要素のとき.
+            if node.next is None:
+                return node, node
+
+            node_next = node.next
+            node.next = None
+            new_head, new_tail = reverseListHelper(node_next)
+            new_tail.next = node
+
+            return new_head, node
+
+        # edge case: 空リストのときは先に処理する.
+        if not head:
+            return head
+
+        head, _tail = reverseListHelper(head)
+        return head
+```
+
+```py
+class Solution:
+    def reverseList(self, head: Optional[ListNode]) -> Optional[ListNode]:
+        def reverseListHelper(node):
+            # nodeが最後の要素のとき.
+            if node.next is None:
+                return node, node
+
+            node_next = node.next
+            # node.next = None
+            new_head, new_tail = reverseListHelper(node_next)
+            # こっちのほうがいいかも. 非破壊.
+            node.next = None
+            new_tail.next = node
+
+            return new_head, node
+
+        # edge case: 空リストのときは先に処理する.
+        if not head:
+            return head
+
+        head, _tail = reverseListHelper(head)
+        return head
+```
+
+また, `new_tail`は`node.next`になるので, 以下のように書ける.
+```diff
+@@ def reverseListHelper(node): 
+     if node.next is None:
+-       return node, node
++       return node
+
+-    new_head, new_tail = reverseListHelper(node_next)
++    new_head = reverseListHelper(node_next)
++    node.next.next = node
+     node.next = None
+-    new_tail.next = node
+-    return new_head, node
++    return new_head
+```
+
+また, 2のやり方は以下のように書ける.
+これは**末尾再帰**
+```py
+class Solution:
+    def reverseList(self, head: Optional[ListNode]) -> Optional[ListNode]:
+        def reverseListHelper(reversed_head, rest_node):
+            if rest_node.next is None:
+                rest_node.next = reversed_head
+                return rest_node
+
+            rest_node_next = rest_node.next
+            rest_node.next = reversed_head
+            return reverseListHelper(rest_node, rest_node_next)
+
+        if not head:
+            return head
+
+        return reverseListHelper(None, head) 
+```
+
+
+空間計算量がO(1)になるやりかたもある. 
+
+```py
+class Solution:
+    def reverseList(self, head: Optional[ListNode]) -> Optional[ListNode]:
+        node = head
+        # 新たにheadを定義. これが返り値になる.
+        head = None
+
+        while node is not None:
+            # node.nextを一時保存する.
+            temp_node = node.next
+            # 現在のnodeの次にheadが来るようにする.
+            node.next = head
+            # headのポインタを更新.
+            head = node
+            # nodeを次に進める.
+            node = temp_node
+
+        return head
+```
+### iterativeとrecursionの比較
+iterative版 => ポインタを一つずつ進め, 反転済み部分にconcatしながら一つの連結リストを作成する操作. foldl（左畳み込み）に相当する.
+2の再帰（末尾再帰）=> iterative版と同じロジック. 関数間 / ループ間で渡すのはすでに逆順にした部分と残りの部分.
+1の再帰 => ポインタを一つずつ進め, 反転していない前半の部分を反転済みの後半の部分にくっつける操作. すなわちfoldrに相当. 
+
+
+## Step3
+通常の再帰で書く
+```py
+class Solution:
+    def reverseList(self, head: Optional[ListNode]) -> Optional[ListNode]:
+        def reverseListHelper(node):
+            if node.next is None:
+                return node
+
+            new_head = reverseListHelper(node.next)
+            node.next.next = node
+            node.next = None
+
+            return new_head
+        if not head:
+            return head
+
+        return reverseListHelper(head)
+```