[LeetCode] 023. Merge k Sorted Lists (Hard) (C++/Java/Python)

索引：[LeetCode] Leetcode 题解索引 (C++/Java/Python/Sql)
Github: https://github.com/illuz/leetcode

023. Merge k Sorted Lists (Hard)

链接：

题目：https://oj.leetcode.com/problems/merge-k-sorted-lists/
代码(github)：https://github.com/illuz/leetcode

题意：

和 021. Merge Two Sorted Lists (Easy) 类似，这次要 Merge K 个。

分析：

很明显可以想到利用已经完成的 Merge Two Sorted Lists 的函数来用。
这时有两种方法：
1. (C++) 用二分的思想，把每个 List 和它相邻的 List 进行 Merge，这样规模就缩小了一半了，再重复这样，就可以 O(nklogk) 完成。比如： [1, 2, …, n] 的第一轮 Merge 是 [1, n/2], [2, n/2+1], …
2. (Python) 也是用二分的思想，就是把 Lists 分为两部分，分别递归 Merge k Sorted Lists 后变成两个 List ，然后再对这两 List 进行 Merge Two Sorted Lists 。

这两种方法都是递归调用，都可以进行记忆化，用空间换时间，不过我不清楚会不会超空间（Memory Limit Exceed），所以就没试了~

除了用二分的思路，还有更好写的方法，就是用堆(heap)，具体就是用优先队列(Priority Queue)。
(Java) 先把每个 List 的第一个节点放进优先队列，每次取出队列中的最大值节点，再把那个节点的 next 放进去。

代码：

C++:

class Solution {
public:
    ListNode *mergeKLists(vector<ListNode *> &lists) {
		int sz = lists.size();
		if (sz == 0)
			return NULL;

		while (sz > 1) {
			int k = (sz + 1) / 2;
			for (int i = 0; i < sz / 2; i++)
				lists[i] = mergeTwoLists(lists[i], lists[i + k]);
			sz = k;
		}
		return lists[0];
	}

    ListNode *mergeTwoLists(ListNode *l1, ListNode *l2) {
		if (l1 == NULL)
			return l2;
		if (l2 == NULL)
			return l1;

		ListNode *start, *p1;

		if (l1->val < l2->val) {
			p1 = start = l1;
			l1 = l1->next;
		} else {
			p1 = start = l2;
			l2 = l2->next;
		}
		while (l1 != NULL && l2 != NULL) {
			if (l1->val < l2->val) {
				p1->next = l1;
				p1 = l1;
				l1 = l1->next;
			} else {
				p1->next = l2;
				p1 = l2;
				l2 = l2->next;
			}
		}
		if (l1 != NULL)
			p1->next = l1;
		else
			p1->next = l2;
		return start;
    }
};

Java:

public class Solution {

    public ListNode mergeKLists(List<ListNode> lists) {
        Queue<ListNode> heap = new PriorityQueue<ListNode>(new Comparator<ListNode>(){
            @Override public int compare(ListNode l1, ListNode l2) {
                return l1.val - l2.val;
            }
        });

        ListNode dummy = new ListNode(0), cur = dummy, tmp;
        for (ListNode list : lists) {
            if (list != null) {
                heap.offer(list);
            }
        }
        while (!heap.isEmpty()) {
            tmp = heap.poll();
            cur.next = tmp;
            cur = cur.next;
            if (tmp.next != null) {
                heap.offer(tmp.next);
            }
        }
        return dummy.next;
    }
}

Python:

class Solution:
    # @param a list of ListNode
    # @return a ListNode
    def mergeKLists(self, lists):
        if len(lists) == 0:
            return None
        if len(lists) == 1:
            return lists[0]

        mid = len(lists) // 2
        left = self.mergeKLists(lists[:mid])
        right = self.mergeKLists(lists[mid:])

        # merge left and right
        dummy = ListNode(0)
        cur = dummy
        while left or right:
            if right == None or (left and left.val <= right.val):
                cur.next = left
                left = left.next
            else:
                cur.next = right
                right = right.next
            cur = cur.next

        return dummy.next