力扣148

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。

示例 1:

输入: 4->2->1->3
输出: 1->2->3->4

此题对时间复杂度和空间复杂度有严格限制。普通归并排序可以满足时间复杂度，但不满足O(n)空间复杂度。故选择从低至顶的归并排序。从长度为1，为2，为4逐渐归并，详细操作如代码所示。

package Leetcode;

public class sortList {
    public ListNode sortList(ListNode head) {
        // 增加头结点
        ListNode pre = new ListNode(0);
        pre.next = head;
        ListNode preNode = pre;

        /*循环增加排序子链表的长度
        (preNode = sortSubList(preNode, len)) != null 作为边界条件，
            意为第一次调用sortSubList就返回null，说明链表长度小于len*2，可以结束排序
        */
        for (int len = 1; (preNode = sortSubList(preNode, len)) != null; len *= 2){
            while (preNode != null){
                preNode = sortSubList(preNode, len);
            }
            preNode = pre;
        }
        return pre.next;
    }

    // 返回排序后的链表的最后一个节点
    ListNode sortSubList(ListNode pre, int num){
        //当前指针位置
        int fstnum = 0, lstnum = 0;
        //当前节点
        ListNode fst = pre.next, lst = fst;

        //找到lst节点位置
        for (int i = 0; i < num; i++){
            //fst长度不够，直接返回null，此时子链表已经是排好序的
            if (lst == null)
                return null;
            lst = lst.next;
        }
        //比较，终止条件为fstnum或lastnum大于子链表长度，或者lsatnum到达链表末尾
        while (fstnum < num && lstnum < num && lst != null){
            if (fst.val <= lst.val){
                pre.next = fst;
                fst = fst.next;
                fstnum++;
            }
            else{
                pre.next = lst;
                lst = lst.next;
                lstnum++;
            }
            pre = pre.next;
        }

        //如果fst子链表还有剩余节点，接到当前节点后面
        if (fstnum < num){
            pre.next = fst;
            //让当前节点走到子链表末尾
            for (; fstnum < num; fstnum++)
                pre = pre.next;
            //接上后面的链表
            pre.next = lst;
        }

        //和上面类似，此时还需考虑last子链表长度小于num的情况
        if (lstnum < num && lst != null){
            pre.next = lst;
            for (; lstnum < num && pre != null; lstnum++)
                pre = pre.next;
        }

        //返回最后一个节点，作为下次排序的pre
        return pre;
    }

    public static void main(String[] args) {
        ListNode l1 = new ListNode(4);
        ListNode l2 = new ListNode(2);
        ListNode l3 = new ListNode(1);
        ListNode l4 = new ListNode(3);
        l1.next=l2;
        l2.next=l3;
        l3.next=l4;
        sortList s = new sortList();
        s.sortList(l1);
    }
}