LeetCode 腾讯50题Python实现之《排序链表》

https://leetcode-cn.com/problems/sort-list/solution/sort-list-gui-bing-pai-xu-lian-biao-by-jyd/

题目

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

思路

题目要求时间空间复杂度分别为O(nlogn)O(nlogn)和O(1)O(1)，根据时间复杂度我们自然想到二分法，从而联想到归并排序；

对数组做归并排序的空间复杂度为 O(n)O(n)，分别由新开辟数组O(n)O(n)和递归函数调用O(logn)O(logn)组成，而根据链表特性：

数组额外空间：链表可以通过修改引用来更改节点顺序，无需像数组一样开辟额外空间；
递归额外空间：递归调用函数将带来O(logn)O(logn)的空间复杂度，因此若希望达到O(1)O(1)空间复杂度，则不能使用递归。
通过递归实现链表归并排序，有以下两个环节：

分割 cut 环节： 找到当前链表中点，并从中点将链表断开（以便在下次递归 cut 时，链表片段拥有正确边界）；
我们使用 fast,slow 快慢双指针法，奇数个节点找到中点，偶数个节点找到中心左边的节点。
找到中点 slow 后，执行 slow.next = None 将链表切断。
递归分割时，输入当前链表左端点 head 和中心节点 slow 的下一个节点 tmp(因为链表是从 slow 切断的)。
cut 递归终止条件： 当head.next == None时，说明只有一个节点了，直接返回此节点。
合并 merge 环节： 将两个排序链表合并，转化为一个排序链表。
双指针法合并，建立辅助ListNode h 作为头部。
设置两指针 left, right 分别指向两链表头部，比较两指针处节点值大小，由小到大加入合并链表头部，指针交替前进，直至添加完两个链表。
返回辅助ListNode h 作为头部的下个节点 h.next。
时间复杂度 O(l + r)，l, r 分别代表两个链表长度。
当题目输入的 head == None 时，直接返回None。

代码

class Solution:
    def sortList(self, head: ListNode) -> ListNode:
        if not head or not head.next: return head # termination.
        # cut the LinkedList at the mid index.
        slow, fast = head, head.next
        while fast and fast.next:
            fast, slow = fast.next.next, slow.next
        mid, slow.next = slow.next, None # save and cut.
        # recursive for cutting.
        left, right = self.sortList(head), self.sortList(mid)
        # merge `left` and `right` linked list and return it.
        h = res = ListNode(0)
        while left and right:
            if left.val < right.val: h.next, left = left, left.next
            else: h.next, right = right, right.next
            h = h.next
        h.next = left if left else right
        return res.next