【经典面试题-LeetCode21：合并两个有序链表（附Java代码）】

一、题目描述

1.题目内容

将两个升序链表合并为一个新的 升序 链表并返回。新链表是通过拼接给定的两个链表的所有节点组成的。
原题链接：https://leetcode.cn/problems/merge-two-sorted-lists/

2.样例

需要注意，虽然样例中输入的两个列表是整数数组的形式，但其实官网的评测机内部将其分别先构建成以1为头节点的单链表（样例1为例），而传入mergeTwoLists方法的实参也正为每个链表的头节点。

二、解决方案

这道题在数据结构链表内容中属于是比较经典的，解这道题涉及到的知识点主要是以下两点：

• 不带头节点的单链表的创建，此时头节点就是链表的第一个节点；
• 单链表的插入节点操作（尾插法或头插法）；

1.算法流程

1）分析

对于两个不带头节点的有序单链表，通过依次比较各节点的数据大小，拼接合并得到新的有序单链表。
以样例1为例，分析其合并过程：

2）算法流程

大致流程就是从两个链表的头结点开始，依次比较对应节点数据的大小，根据比较结果拼接合并结果，具体地：

• 因为头结点不能动，所以设置两个辅助节点tempNode1、tempNode2分别指向输入链表的头结点list1和list2，即令tempNode1=list1，tempNode2=list2，用于遍历链表；
• 创建合并结果链表res的头结点，用于后续节点的插入；
• 创建辅助节点tempNode，令tempNode=resNode，用于通过尾插法实现带头结点的单链表；
• 通过tempNode1、tempNode2从头遍历对应链表，此时：
  （1）若tempNode1.val （2）反之，若tempNode1.val>=tempNode2.val，则将tempNode2所指向的节点通过tempNode插入结果链表，并将tempNode2向右移动一个位置，即tempNode.next=tempNode2、tempNode2=tempNode2.next；
  （3）然后移动链表res的辅助节点，令tempNode=tempNode.next；
  （4）循环（1-3）步，直到某个链表到达链尾停止循环比较，即tempNode1=null或tempNode2=null；
• 当某个链表到达链尾，跳出循环，但可能此时另一链表还有剩余节点，所以我们需要判断具体是哪个链表到达了链尾，然后将另一个链表的剩余节点直接插入到结果链表res中。比如， list1到达链尾，直接将list2的剩余节点插入到res中；
• 最后直接返回头结点resNode的next域所指向的节点，即含有数据域的第一个节点；

2.Java代码

在实现时，需要在进入mergeTwoLists方法一开始就考虑以下三种特殊情况：

• list1=null且list2=null，即l1=[]，l2=[]，此时 直接返回null；
• list1=null，list2!=null，即l1=[]，l2=[x,x,x,x…]，此时 直接返回list2；
• list1!=null，list2=null，即l1=[x,x,x,x…]，l2=[]，此时 直接返回list1；

此外，因为采用的是不带头节点的单链表，所以在传入实参时直接传入对应链表的第一个节点即可。

1）核心代码

    public ListNode mergeTwoLists(ListNode list1, ListNode list2) {
        if(list1==null && list2==null){  // l1=l2=[]
            return null;
        }

        if(list1 == null){ // l1=[],l2=[x,x,x,x,x...]
            return list2;
        }

        if(list2 == null){ // l1=[x,x,x,x,x...],l2=[]
            return list1;
        }
		
		// 链表头结点不能动，否则后续节点无法查找，所以需要设置各自对应的辅助节点
        ListNode tempNode1=list1;  // 令辅助节点为链表l1的头结点
        ListNode tempNode2=list2; // 令辅助节点为链表l2的头结点
        ListNode resNode=new ListNode(-1);  //创建合并结果链表的头结点
        ListNode tempNode=resNode;  // 令辅助节点为合并链表的头结点
		
		// 循环比较节点大小，并插入结果链表res中
        while (tempNode1!=null&&tempNode2!=null){
            if(tempNode1.val<tempNode2.val){
                tempNode.next=tempNode1;
                tempNode1=tempNode1.next;
            }else {
                tempNode.next=tempNode2;
                tempNode2=tempNode2.next;
            }
            tempNode=tempNode.next;
        }

        if(tempNode1==null){  // list1到达链尾，直接将list2的剩余节点插入到res中
            tempNode.next=tempNode2;
        }
        if(tempNode2==null){ // list2到达链尾，直接将list1的剩余节点插入到res中
            tempNode.next=tempNode1;
        }
        return resNode.next;  // 返回头结点resNode的next域所指向的节点
    }

2）完整测试代码

package com.north.leetcode;
/**
 * LeetCode21：合并两个有序链表
 */

import java.util.List;

public class mergeLinkList {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedList list1=new LinkedList();
        ListNode node3=new ListNode(4);
        ListNode node2=new ListNode(2);
        ListNode node1=new ListNode(1);
        list1.insertByTail(node1);
        list1.insertByTail(node2);
        list1.insertByTail(node3);
        list1.printList();
        System.out.println("--------------------------------");
//        list1.printByCustom(node2);

        LinkedList list2=new LinkedList();
        ListNode node23=new ListNode(4);
        ListNode node22=new ListNode(3);
        ListNode node21=new ListNode(1);
        list2.insertByHead(node23);
        list2.insertByHead(node22);
        list2.insertByHead(node21);
        list2.printList();
        System.out.println("--------------------------------");
        new LinkedList().mergeTwoLists(node1,node21).printByCustom();
    }
}


class LinkedList{
    ListNode head;
    public LinkedList(){

    }
    // 尾插法
    public void insertByTail(ListNode node){
        if (head==null){
            head=node;
        }else {
            ListNode tempNode = head;
            while (tempNode.next != null) {
                tempNode = tempNode.next;
            }
            tempNode.next = node;
        }
    }

    // 头插法
    public void insertByHead(ListNode node){
        if (head != null) {
            node.next = head;
        }
        head=node;
    }
    public ListNode mergeTwoLists(ListNode list1, ListNode list2) {
        if(list1==null && list2==null){  // l1=l2=[]
            return null;
        }

        if(list1 == null){ // l1=[],l2=[x,x,x,x,x...]
            return list2;
        }

        if(list2 == null){ // l1=[x,x,x,x,x...],l2=[]
            return list1;
        }

        // 链表头结点不能动，否则后续节点无法查找，所以需要设置各自对应的辅助节点
        ListNode tempNode1=list1;  // 令辅助节点为链表l1的头结点
        ListNode tempNode2=list2; // 令辅助节点为链表l2的头结点
        ListNode resNode=new ListNode(-1);  //创建合并结果链表的头结点
        ListNode tempNode=resNode;  // 令辅助节点为合并链表的头结点

        // 循环比较节点大小，并插入结果链表res中
        while (tempNode1!=null&&tempNode2!=null){
            if(tempNode1.val<tempNode2.val){
                tempNode.next=tempNode1;
                tempNode1=tempNode1.next;
            }else {
                tempNode.next=tempNode2;
                tempNode2=tempNode2.next;
            }
            tempNode=tempNode.next;
        }

        if(tempNode1==null){  // list1到达链尾，直接将list2的剩余节点插入到res中
            tempNode.next=tempNode2;
        }
        if(tempNode2==null){ // list2到达链尾，直接将list1的剩余节点插入到res中
            tempNode.next=tempNode1;
        }
        return resNode.next;  // 返回头结点resNode的next域所指向的节点
    }

    // 遍历整个链表
    public void printList(){
        ListNode tempNode=head;
        while (tempNode!=null){
            System.out.println(tempNode);
            tempNode=tempNode.next;
        }
    }

    // 从指定的节点开始遍历
//    public void printByCustom(ListNode node){
//        ListNode tempNode=node;
//        while (tempNode!=null){
//            System.out.println(tempNode);
//            tempNode=tempNode.next;
//        }
//    }

}
// 定义链表节点
class ListNode{
    int val;
    ListNode next;

    public ListNode() {
    }

    public ListNode(int val) {
        this.val = val;
    }

    public ListNode(int val, ListNode next) {
        this.val = val;
        this.next = next;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "ListNode{" +
                "val=" + val +
                '}';
    }

     //从指定的节点开始遍历
      public void printByCustom(){
         ListNode tempNode=this;
         while (tempNode!=null){
            System.out.println(tempNode);
             tempNode=tempNode.next;
        }
      }
}