https://leetcode.com/problems/sort-list/

Sort a linked list in O(n log n) time using constant space complexity.

解题思路:

常见的O(nlogn)算法,快速排序、归并排序,堆排序。大概讲讲优缺点,在数据量很大并且很乱的时候,快速排序有着最快的平均速度,比如Java和C++语言的库排序函数就主要是快排,但基本上是优化过的,因为快排有缺点。对于本来就已经排好序的数列,快排反而要花到O(n^2)的时间,因为如果总是选取第一个元素作为pivot,每次只能将n的数列化为1和n-1两部分,而不是相等的两部分。而且快速排序不是稳定的,因为pivot最后被交换到某一个位置,是不确定的。由于快速排序一般用递归,所以需要O(logn)的额外空间,(递归树的高度)。最坏情况需要O(n),也就是上面说的情况,递归树一边倒。

堆排序在最坏情况下,也能有O(nlogn)的时间,这点比快排好,而且不需要额外的存储空间。但是它也是不稳定的。

归并排序用在数组上的时候,好处就是稳定的,而且最坏情况下,也能有O(nlogn)的时间,这点比快排好。但是它需要花O(n)的额外空间,来存放归并的结果。但是用在链表上的时候,可以不需要这O(n)的空间,因为链表的排序完全可以做到随意移动-插入,类似in-place。归并排序还有一个重要的用途,用在外排序上,比如海量数据存在n个文件中。

好了,看题目,这道题是链表,用归并排序是最合适的。题目 Merge Two Sorted Lists 中我们已经解决了,两个已经排序的链表的归并,那么这道题就是类似数组归并排序的概念,用递归从顶之下。将原链表不断分成两个链表,再分为两个,直到只有一个元素。然后再从低至上,两两归并排序它们,直到合成一个整的。

这里要注意理解的就是,每个递归的返回值应该怎么用。

/**
* Definition for singly-linked list.
* class ListNode {
* int val;
* ListNode next;
* ListNode(int x) {
* val = x;
* next = null;
* }
* }
*/
public class Solution {
public ListNode sortList(ListNode head) {
return mergeSortList(head);
} public ListNode mergeSortList(ListNode head){
if(head == null || head.next == null) {
return head;
}
ListNode fast = head;
ListNode slow = head;
//取终点的方法,是判断fast.next和fast.next.next,而不是fast和fast.next
while(fast.next != null){
fast = fast.next;
if(fast.next != null){
fast = fast.next;
slow = slow.next;
}
}
ListNode mid = slow.next;
//重要,将原链表从中间断开,可以不要考虑前后两段的连接了,这个问题交给下面的mergeList方法
slow.next = null;
head = mergeSortList(head);
mid = mergeSortList(mid);
return mergeList(head, mid);
} public ListNode mergeList(ListNode l1, ListNode l2) {
ListNode dummy = new ListNode(0);
ListNode current = dummy;
while(l1 != null && l2 != null){
if(l1.val < l2.val){
current.next = l1;
l1 = l1.next;
current = current.next;
}else{
current.next = l2;
l2 = l2.next;
current = current.next;
}
}
if(l1 != null){
current.next = l1;
}else{
current.next = l2;
}
return dummy.next;
}
}

update 2015/06/21:

三刷,把取中间节点的方法提取了出来。

/**
* Definition for singly-linked list.
* public class ListNode {
* int val;
* ListNode next;
* ListNode(int x) { val = x; }
* }
*/
public class Solution {
public ListNode sortList(ListNode head) {
if(head == null || head.next == null) {
return head;
}
ListNode mid = getMidNode(head);
head = sortList(head);
mid = sortList(mid);
return mergeList(head, mid);
} public ListNode getMidNode(ListNode head) {
if(head == null || head.next == null) {
return head;
}
ListNode slow = new ListNode(0);
slow.next = head;
while(head != null) {
head = head.next;
if(head != null) {
head = head.next;
slow = slow.next;
}
}
ListNode res = slow.next;
slow.next = null;//这一步很重要
return res;
} public ListNode mergeList(ListNode l1, ListNode l2) {
ListNode dummy = new ListNode(0);
ListNode current = dummy;
while(l1 != null && l2 != null){
if(l1.val < l2.val){
current.next = l1;
l1 = l1.next;
current = current.next;
}else{
current.next = l2;
l2 = l2.next;
current = current.next;
}
}
if(l1 != null){
current.next = l1;
}else{
current.next = l2;
}
return dummy.next;
}
}

//20180920

https://www.geeksforgeeks.org/merge-sort/

注意的是针对链表的归并取的并不是mid node,而是mid的下一个node。

归并的一般步骤

MergeSort(arr[], l,  r)
If r > l
1. Find the middle point to divide the array into two halves:
middle m = (l+r)/2
2. Call mergeSort for first half:
Call mergeSort(arr, l, m)
3. Call mergeSort for second half:
Call mergeSort(arr, m+1, r)
4. Merge the two halves sorted in step 2 and 3:
Call merge(arr, l, m, r)
/**
* Definition for singly-linked list.
* public class ListNode {
* int val;
* ListNode next;
* ListNode(int x) { val = x; }
* }
*/
class Solution {
public ListNode sortList(ListNode head) {
if (head == null || head.next == null) {
return head;
}
ListNode midNext = findMidNext(head);
ListNode head1 = sortList(head);
ListNode head2 = sortList(midNext);
return merge(head1, head2);
} public ListNode findMidNext(ListNode head) {
if (head == null || head.next == null) {
return head;
}
ListNode dummy = new ListNode(-1);
dummy.next = head;
ListNode fast = head;
ListNode slow = head;
while (fast.next != null && fast.next.next != null) {
fast = fast.next.next;
slow = slow.next;
}
ListNode midNext = slow.next;
slow.next = null;
return midNext;
} public ListNode merge(ListNode head1, ListNode head2) {
ListNode dummy = new ListNode(-1);
ListNode iter = dummy;
while (head1 != null && head2 != null) {
if (head1.val <= head2.val) {
iter.next = head1;
head1 = head1.next;
} else {
iter.next = head2;
head2 = head2.next;
}
iter = iter.next;
}
if (head1 == null) {
iter.next = head2;
} else {
iter.next = head1;
}
return dummy.next;
}
}

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