合并两个有序链表的方法

什么是合并两个有序链表

假设有两条链表，这两条链表分别都是升序排列的，如下图所示：

现在要求将二者合并成一条链表，并且该链表也是升序排列的，合并后的链表如下图所示：

思路

如果对归并排序有所了解，那么这个问题就很简单。在归并排序的递归过程中，我们的算法是将原始数组a切割成两段：a1和a2，对a1和a2分别排序后，再将二者归并成一个有序的数组。这里的思路是一样的，只不过将数组变成了链表。

大体的思路是：

1. 确定合并后的新链表的头节点head
2. 使用一个指针l3，初始化为head，用这个指针来组织新链表的各个节点
3. 使用两个指针l1和l2，分别初始化为两条原始链表的头节点，用来遍历这两条链表。
4. 当l1的值小于等于l2的值时，那么令l3->next=l1，否则令l3->next=l2
5. 一般情况下，有一个链表会提前遍历结束，例如链表1首先遍历结束，也就是l1=Null时，那么由于另一条链表本身就是有序的，此时直接令l3->next=l2，就可以完成合并操作了。

哨兵方法简化代码

如果直接按上述思路编码，那么确定新链表的头节点head需要编写额外的代码。但仔细想想，确定新链表head的过程无非是比较l1 head和l2 head的值，将其中较小值的那个节点作为新链表的head，这个操作和后续遍历两条链表的比较操作的逻辑是一致的。为了避免这种冗余代码（以及处理各种边界问题），可以考虑一种哨兵方法。也就是，虚拟一个节点prehead，认为它的下一个节点就是新链表的头节点head，并让l3=prehead，从这个虚拟节点开始组织新的链表，这样就无需对确定头节点的操作做特殊处理了。在最后整理好新的链表时，我们直接返回prehead->next，得到的自然就是l3的头节点了。

代码实现

下面给出Python代码的一个实现：

class Solution:
    def mergeTwoLists(self, l1, l2):
        # 新建一个虚拟节点作为哨兵节点
        # 作为目标链表l3头节点的前面一个节点
        prehead = ListNode(-1)
        # 利用prev节点来组织新的链表
        prev = prehead
        
        # 循环截至条件是l1和l2其中任意一个链表已经遍历完
        while l1 and l2:
            # 比较l1和l2指向的节点的值
            # 将值比较小的那个加入到新链表中
            # 然后将该链表过渡到下一个节点
            if l1.val <= l2.val:
                prev.next = l1
                l1 = l1.next
            else:
                prev.next = l2
                l2 = l2.next            
            prev = prev.next

        # 将还没有遍历完的那个链表直接添加到新链表的末尾
        prev.next = l1 if l1 is not None else l2
     
        # 返回的是哨兵节点的下一个节点，也就是新链表的头节点
        return prehead.next