LeetCode中排序链表

题目

148. 排序链表
     给你链表的头结点 head ，请将其按 升序 排列并返回 排序后的链表 。

进阶：

你可以在 O(n log n) 时间复杂度和常数级空间复杂度下，对链表进行排序吗？

示例 1：

输入：head = [4,2,1,3]
输出：[1,2,3,4]

示例 2：

输入：head = [-1,5,3,4,0]
输出：[-1,0,3,4,5]

示例 3：

输入：head = []
输出：[]

提示：

链表中节点的数目在范围 [0, 5 * 104] 内
-105 <= Node.val <= 105

题解

方法一：归并排序（递归法）
思路：在链表中点将链表断开，使用快慢指针法，找到中点后，输入当前链表左端点和中心端点，递归执行，当只有一个节点时，直接返回此节点
合并环节：将两个排序的链表进行合并，转化为一个排序链表

 public ListNode sortList(ListNode head) {
        // 1、递归结束条件
        if (head == null || head.next == null) {
            return head;
        }

        // 2、找到链表中间节点并断开链表 & 递归下探
        ListNode midNode = middleNode(head);
        ListNode rightHead = midNode.next;
        midNode.next = null;

        ListNode left = sortList(head);
        ListNode right = sortList(rightHead);

        // 3、当前层业务操作（合并有序链表）
        return mergeTwoLists(left, right);
    }

    //  找到链表中间节点（876. 链表的中间结点）
    private ListNode middleNode(ListNode head) {
        if (head == null || head.next == null) {
            return head;
        }
        ListNode slow = head;
        ListNode fast = head.next.next;

        while (fast != null && fast.next != null) {
            slow = slow.next;
            fast = fast.next.next;
        }

        return slow;
    }

    // 合并两个有序链表（21. 合并两个有序链表）
    private ListNode mergeTwoLists(ListNode l1, ListNode l2) {
        ListNode sentry = new ListNode(-1);
        ListNode curr = sentry;

        while(l1 != null && l2 != null) {
            if(l1.val < l2.val) {
                curr.next = l1;
                l1 = l1.next;
            } else {
                curr.next = l2;
                l2 = l2.next;
            }

            curr = curr.next;
        }

        curr.next = l1 != null ? l1 : l2;
        return sentry.next;
    }

复杂度分析：
时间复杂度：O(nlogn)
空间复杂度：O(logn)

方法二：归并排序（从低至顶直接合并）
思路：使用迭代替换递归方法

class Solution {
    public ListNode sortList(ListNode head) {
        ListNode h, h1, h2, pre, res;
        h = head;
        int length = 0, intv = 1;
        while (h != null) {
            h = h.next;
            length++;
        }
        res = new ListNode(0);
        res.next = head;
        while (intv < length) {
            pre = res;
            h = res.next;
            while (h != null) {
                int i = intv;
                h1 = h;
                while (i > 0 && h != null) {
                    h = h.next;
                    i--;
                }
                if (i > 0) break;
                i = intv;
                h2 = h;
                while (i > 0 && h != null) {
                    h = h.next;
                    i--;
                }
                int c1 = intv, c2 = intv - i;
                while (c1 > 0 && c2 > 0) {
                    if (h1.val < h2.val) {
                        pre.next = h1;
                        h1 = h1.next;
                        c1--;
                    } else {
                        pre.next = h2;
                        h2 = h2.next;
                        c2--;
                    }
                    pre = pre.next;
                }
                pre.next = c1 == 0 ? h2 : h1;
                while (c1 > 0 || c2 > 0) {
                    pre = pre.next;
                    c1--;
                    c2--;
                }
                pre.next = h;
            }
            intv *= 2;
        }
        return res.next;
    }
}

复杂度分析：
时间复杂度：O(nlogn)
空间复杂度：O(1)