Java实现 LeetCode 148 排序链表

148. 排序链表

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

示例 2:

输入: -1->5->3->4->0

输出: -1->0->3->4->5

PS：

参考：Sort List——经典（链表中的归并排序）

归并排序法：在动手之前一直觉得空间复杂度为常量不太可能，因为原来使用归并时，都是 O(N)的，
  需要复制出相等的空间来进行赋值归并。对于链表，实际上是可以实现常数空间占用的（链表的归并
   排序不需要额外的空间）。利用归并的思想，递归地将当前链表分为两段，然后merge，分两段的方
  法是使用 fast-slow 法，用两个指针，一个每次走两步，一个走一步，知道快的走到了末尾，然后
  慢的所在位置就是中间位置，这样就分成了两段。merge时，把两段头部节点值比较，用一个 p 指向
  较小的，且记录第一个节点，然后 两段的头一步一步向后走，p也一直向后走，总是指向较小节点，
   直至其中一个头为NULL，处理剩下的元素。最后返回记录的头即可。

   主要考察3个知识点，
   知识点1：归并排序的整体思想
  知识点2：找到一个链表的中间节点的方法
   知识点3：合并两个已排好序的链表为一个新的有序链表

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * public class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode(int x) { val = x; }
 * }
 */
class Solution {

    public ListNode sortList(ListNode head) {
        return head == null ? null : mergeSort(head);
    }

    private ListNode mergeSort(ListNode head) {
        if (head.next == null) {
            return head;
        }
        ListNode p = head, q = head, pre = null;
        while (q != null && q.next != null) {
            pre = p;
            p = p.next;
            q = q.next.next;
        }
        pre.next = null;
        ListNode l = mergeSort(head);
        ListNode r = mergeSort(p);
        return merge(l, r);
    }

    ListNode merge(ListNode l, ListNode r) {
        ListNode dummyHead = new ListNode(0);
        ListNode cur = dummyHead;
        while (l != null && r != null) {
            if (l.val <= r.val) {
                cur.next = l;
                cur = cur.next;
                l = l.next;
            } else {
                cur.next = r;
                cur = cur.next;
                r = r.next;
            }
        }
        if (l != null) {
            cur.next = l;
        }
        if (r != null) {
            cur.next = r;
        }
        return dummyHead.next;
    }
}