leetcode 148. Sort List 链表 归并排序 和 快排

148. Sort List

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

要求是O(nlogn) 且不申请额外空间。有两种方式:归并 和 快排


一、归并:
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

归并排序的基本思想是:
1、找到链表的middle节点,
2、然后递归对前半部分和后半部分分别进行归并排序,
3、最后对两个以排好序的链表进行Merge。


/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode *next;
 *     ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    ListNode* merge(ListNode* head, ListNode* fast)
    {
        ListNode hhead(-1);
        ListNode* p = &hhead;
        while (head || fast)
        {
            if (!head)
            {    
                p->next = fast;
                break;
            }
            else if (!fast)
            {    
                p->next = head;
                break;
            }
            if (head->val < fast->val)
            {
                p->next = head;
                head = head->next;
            }
            else
            {
                p->next = fast;
                fast = fast->next;
            }
            p = p->next;
        }
        return hhead.next;
    }
    
    
    ListNode* sortList(ListNode* head) 
    {
        if (!head || !head->next)
            return head;
        else if (!head->next->next)
        {
            if (head->val > head->next->val)
            {
                swap(head->val, head->next->val);
            }
            return head;
        }
       
        //找到中间结点
        ListNode* slow = head;
        ListNode* fast = head;
        while (fast && fast->next)
        {
            slow = slow->next;
            fast = fast->next->next;
        }
       
        fast = slow->next;
        slow->next = NULL;

        //递归前半部分和后半部分
        head = sortList(head);
        fast = sortList(fast);
       
        //最后merge两个
        head = merge(head , fast);    
       
        return head;  
    }
};


二、链表快速排序:

你可能会诧异,怎么会是快排?快排不是需要一个指针指向头,一个指针指向尾,然后两个指针相向运动并按一定规律交换值,最后找到一个支点使得支点左边小于支点,支点右边大于支点吗?如果是这样的话,对于单链表我们没有前驱指针,怎么能使得后面的那个指针往前移动呢?所以这种快排思路行不通滴,如果我们能使两个指针都往next方向移动并且能找到支点那就好了。怎么做呢?

        接下来我们使用快排的另一种思路来解答。我们只需要两个指针p和q,这两个指针均往next方向移动,移动的过程中保持p之前的key都小于选定的key,p和q之间的key都大于选定的key,那么当q走到末尾的时候便完成了一次支点的寻找。如下图所示:

leetcode 148. Sort List 链表 归并排序 和 快排_第1张图片


struct ListNode {
    int val;
    ListNode *next;
    ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
};

class Solution {
public:
    ListNode* sortList(ListNode* head)
    {
        ListNode* endpoint = head;
        while (endpoint->next)
            endpoint = endpoint->next;
        
        QuickSort(head, endpoint);
        return head;
    }
private:
    void QuickSort(ListNode* pBeign, ListNode* pEnd)
    {
        if (pBeign != pEnd)
        {
            ListNode* partion = GetPartion(pBeign, pEnd);
            QuickSort(pBeign, partion);
            if (partion->next)
                QuickSort(partion->next, pEnd);
        }
    }
    
    ListNode* GetPartion(ListNode* pBegin, ListNode* pEnd)
    {
        int key = pBegin->val;
        ListNode* p = pBegin;
        ListNode* q = p->next;
        
        while (q != pEnd->next)
        {
            if (q->val < key)
            {
                p = p->next;
                swap(p->val, q->val);
            }
            q = q->next;
        }
        swap(p->val, pBegin->val);
        return p;
    }
};




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