归并排序力扣题（leetcode）

23. 合并 K 个升序链表

难度：困难

题目：

给你一个链表数组，每个链表都已经按升序排列。

请你将所有链表合并到一个升序链表中，返回合并后的链表。

示例 1:

输入：lists = [[1,4,5],[1,3,4],[2,6]]
输出：[1,1,2,3,4,4,5,6]
解释：链表数组如下：
[
  1->4->5,
  1->3->4,
  2->6
]
将它们合并到一个有序链表中得到。
1->1->2->3->4->4->5->6

示例 2:

输入：lists = []
输出：[]

示例 3:

输入：lists = [[]]
输出：[]

提示：

$k == lists.length$
$0 <= k <= 10^4$
$0 <= lists[i].length <= 500$
$-10^4 <= lists[i][j] <= 10^4$
$lists[i]$按升序排列
$lists[i].length$ 的总和不超过 10⁴

代码：

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode *next;
 *     ListNode() : val(0), next(nullptr) {}
 *     ListNode(int x) : val(x), next(nullptr) {}
 *     ListNode(int x, ListNode *next) : val(x), next(nullptr) {}
 * };
 */
class Solution 
{
public:
    ListNode* mergeList(ListNode* left, ListNode* right)
    {
        // 虚拟头节点
        ListNode* newNodePtr = new ListNode(-1);
        ListNode* curPtr = newNodePtr;

        // 双指针归并（和数组归并逻辑完全一致）
        while(left != nullptr && right != nullptr)
        {
            if(left->val <= right->val)  
            {
                curPtr->next = left;
                left = left->next;
            }
            else 
            {
                curPtr->next = right;
                right = right->next;
            }
            curPtr = curPtr->next;
        }

        if(left != nullptr)  curPtr->next = left;
        if(right != nullptr)  curPtr->next = right;

        // 返回排序后的链表头
        return newNodePtr->next;
    }

    // 分治归并
    ListNode* merge(vector<ListNode*>& lists, int l, int r)
    {
        if(l == r)  return lists[l];
        if(l > r)  return nullptr;
        int mid = (l+r)/2;
        ListNode* left = merge(lists, l, mid);
        ListNode* right = merge(lists, mid+1, r);
        return mergeList(left, right);
    }

    // 主函数入口
    ListNode* mergeKLists(vector<ListNode*>& lists) 
    {
        if(lists.empty())  return nullptr;
        return merge(lists, 0, lists.size()-1);
    }
};

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相关标签：链表、双指针、分治、排序、归并排序

题目：

给你链表的头结点 head ，请将其按升序排列并返回 排序后的链表 。

示例 1:

输入：head = [4,2,1,3]
输出：[1,2,3,4]

示例 2:

输入：head = [-1,5,3,4,0]
输出：[-1,0,3,4,5]

示例 3:

输入：head = []
输出：[]

提示：

链表中节点的数目在范围 $[0, 5 * 10^4] $内
$-10^5 <= Node.val <= 10^5$

进阶：你可以在 $O(n log n)$ 时间复杂度和常数级空间复杂度下，对链表进行排序吗？

代码：

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode *next;
 *     ListNode() : val(0), next(nullptr) {}
 *     ListNode(int x) : val(x), next(nullptr) {}
 *     ListNode(int x, ListNode *next) : val(x), next(next) {}
 * };
 */
class Solution
 {
public:
    int tmp[100010];  // 足够大
    void merge_sort(int q[], int l, int r) 
    {
        if (l >= r)  return;
        int mid = l + r >> 1;

        merge_sort(q, l, mid);
        merge_sort(q, mid + 1, r);

        int i = l, j = mid + 1, k = 0;
        while (i <= mid && j <= r) 
        {
            if (q[i] <= q[j])  tmp[k++] = q[i++];
            else  tmp[k++] = q[j++];
        }

        while (i <= mid)  tmp[k++] = q[i++];
        while (j <= r)  tmp[k++] = q[j++];

        for (i = l, j = 0; i <= r; i++, j++)  q[i] = tmp[j];
    }

    // 主函数：链表排序
    ListNode* sortList(ListNode* head) 
    {
        // 1. 把链表节点搬移到数组中
        vector<int> arr;
        ListNode* p = head;
        while (p != nullptr) 
        {
            arr.push_back(p->val);
            p = p->next;
        }

        int n = arr.size();
        if (n == 0) return nullptr;

        // 2. 直接用你写的归并排序排序数组
        merge_sort(&arr[0], 0, n - 1);

        // 3. 把排序后的数组重新搬回链表
        ListNode* newNodePtr = new ListNode(-1);
        ListNode* curPtr = newNodePtr;
        for (int x : arr) 
        {
            curPtr->next = new ListNode(x);
            curPtr = curPtr->next;
        }

        return newNodePtr->next;
    }
};