合并 K 个升序链表-leetcode

题目描述

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 10^4

解法一

思路：

额外创建一个结果链表，从待选节点中选择出值最小的节点加入结果链表，同时更新待选节点。

代码：

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * public class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode() {}
 *     ListNode(int val) { this.val = val; }
 *     ListNode(int val, ListNode next) { this.val = val; this.next = next; }
 * }
 */
class Solution {
    public ListNode mergeKLists(ListNode[] lists) {
        if (lists == null || lists.length == 0) return null;
        ListNode dummy = new ListNode(0);
        ListNode cur = dummy;
        int stopFlag=0;
        for (ListNode list : lists) {
            if(list != null) stopFlag++;
        }
        if (stopFlag == 0) return null;
        
        int minIndex=0;
        while (stopFlag > 0) {
            minIndex=findMin(lists);
            int val=lists[minIndex].val;
            ListNode tmp=new ListNode(val);
            cur.next = tmp;
            cur=cur.next;
            lists[minIndex]=lists[minIndex].next;
            if(lists[minIndex]==null) stopFlag--;
        }
        return dummy.next;
    }

    public int findMin(ListNode[] head) {
        int minIndex = -1;
        for (int i = 0; i < head.length; i++) {
            if (head[i] != null) {
                if (minIndex == -1 || head[i].val < head[minIndex].val) {
                    minIndex = i;
                }
            }
        }
        return minIndex;
    }
}

解法二

思路：

来自官方的解答。

用分治的方法进行合并。

代码：

class Solution {
    public ListNode mergeKLists(ListNode[] lists) {
        return merge(lists, 0, lists.length - 1);
    }

    public ListNode merge(ListNode[] lists, int l, int r) {
        if (l == r) {
            return lists[l];
        }
        if (l > r) {
            return null;
        }
        int mid = (l + r) >> 1;
        return mergeTwoLists(merge(lists, l, mid), merge(lists, mid + 1, r));
    }

    public ListNode mergeTwoLists(ListNode a, ListNode b) {
        if (a == null || b == null) {
            return a != null ? a : b;
        }
        ListNode head = new ListNode(0);
        ListNode tail = head, aPtr = a, bPtr = b;
        while (aPtr != null && bPtr != null) {
            if (aPtr.val < bPtr.val) {
                tail.next = aPtr;
                aPtr = aPtr.next;
            } else {
                tail.next = bPtr;
                bPtr = bPtr.next;
            }
            tail = tail.next;
        }
        tail.next = (aPtr != null ? aPtr : bPtr);
        return head.next;
    }
}

解法三

思路：

1. 每个链表的第一个节点作为候选加入一个小顶堆（PriorityQueue）。
2. 每次从堆里取出值最小的节点，接到结果链表末尾。
3. 如果取出的节点还有下一个节点，则把它的下一个节点加入堆。
4. 重复，直到堆为空

代码：

class Solution {
    class Status implements Comparable<Status> {
        int val;
        ListNode ptr;

        Status(int val, ListNode ptr) {
            this.val = val;
            this.ptr = ptr;
        }

        public int compareTo(Status status2) {
            return this.val - status2.val;
        }
    }

    PriorityQueue<Status> queue = new PriorityQueue<Status>();

    public ListNode mergeKLists(ListNode[] lists) {
        for (ListNode node: lists) {
            if (node != null) {
                queue.offer(new Status(node.val, node));
            }
        }
        ListNode head = new ListNode(0);
        ListNode tail = head;
        while (!queue.isEmpty()) {
            Status f = queue.poll();
            tail.next = f.ptr;
            tail = tail.next;
            if (f.ptr.next != null) {
                queue.offer(new Status(f.ptr.next.val, f.ptr.next));
            }
        }
        return head.next;
    }
}