LeetCode 第21题：合并两个有序链表

LeetCode 第21题：合并两个有序链表

题目描述

将两个升序链表合并为一个新的 升序 链表并返回。新链表是通过拼接给定的两个链表的所有节点组成的。

难度

简单

题目链接

https://leetcode.cn/problems/merge-two-sorted-lists/

示例

示例 1：

输入：l1 = [1,2,4], l2 = [1,3,4]
输出：[1,1,2,3,4,4]

示例 2：

输入：l1 = [], l2 = []
输出：[]

示例 3：

输入：l1 = [], l2 = [0]
输出：[0]

提示

• 两个链表的节点数目范围是 [0, 50]
• -100 <= Node.val <= 100
• l1 和 l2 均按 非递减顺序 排列

解题思路

方法一：迭代法

使用迭代的方式，逐个比较两个链表的节点值，将较小的节点添加到结果链表中。

关键点：

1. 使用虚拟头节点（dummy node）简化操作
2. 同时遍历两个链表，比较节点值
3. 处理剩余节点
4. 注意空链表的情况

具体步骤：

1. 创建虚拟头节点
2. 使用指针遍历两个链表：
   • 比较当前节点的值
   • 将较小的节点接入结果链表
   • 移动对应链表的指针
3. 处理剩余节点
4. 返回虚拟头节点的下一个节点

时间复杂度：O(n + m)，其中n和m是两个链表的长度
空间复杂度：O(1)

方法二：递归法

利用递归的特性，将问题分解为更小的子问题。

递归的思路：

1. 比较两个链表当前节点的值
2. 选择较小的节点作为当前节点
3. 递归处理剩余部分
4. 基线条件是其中一个链表为空

代码实现

C# 实现（迭代法）

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * public class ListNode {
 *     public int val;
 *     public ListNode next;
 *     public ListNode(int val=0, ListNode next=null) {
 *         this.val = val;
 *         this.next = next;
 *     }
 * }
 */
public class Solution {
    public ListNode MergeTwoLists(ListNode list1, ListNode list2) {
        // 创建虚拟头节点
        ListNode dummy = new ListNode(0);
        ListNode current = dummy;
      
        // 同时遍历两个链表
        while (list1 != null && list2 != null) {
            if (list1.val <= list2.val) {
                current.next = list1;
                list1 = list1.next;
            } else {
                current.next = list2;
                list2 = list2.next;
            }
            current = current.next;
        }
      
        // 处理剩余节点
        current.next = list1 ?? list2;
      
        return dummy.next;
    }
}

C# 实现（递归法）

public class Solution {
    public ListNode MergeTwoLists(ListNode list1, ListNode list2) {
        // 处理基线条件
        if (list1 == null) return list2;
        if (list2 == null) return list1;
      
        // 比较当前节点，递归处理
        if (list1.val <= list2.val) {
            list1.next = MergeTwoLists(list1.next, list2);
            return list1;
        } else {
            list2.next = MergeTwoLists(list1, list2.next);
            return list2;
        }
    }
}

代码详解

迭代版本：

1. 虚拟头节点：
   • 使用dummy节点简化边界情况
   • 避免处理头节点的特殊情况
2. 遍历过程：
   • 比较两个链表当前节点的值
   • 将较小的节点接入结果链表
   • 移动指针
3. 处理剩余节点：
   • 使用空合并运算符 ?? 简化代码
   • 直接接上剩余的链表

递归版本：

1. 基线条件：
   • 处理空链表的情况
2. 递归过程：
   • 比较当前节点的值
   • 递归处理剩余部分
   • 返回较小的节点

执行结果

迭代版本：

• 执行用时：84 ms
• 内存消耗：38.5 MB

递归版本：

• 执行用时：88 ms
• 内存消耗：38.7 MB

总结与反思

1. 这是一道经典的链表操作题目：
   • 考察基本的链表操作
   • 考察代码的简洁性
   • 考察边界情况的处理
2. 两种解法比较：
   • 迭代：空间复杂度更低，代码直观
   • 递归：代码更简洁，但空间复杂度较高
3. 优化思路：
   • 使用虚拟头节点简化操作
   • 使用空合并运算符简化代码
   • 注意处理边界情况

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