13.12 Merge Two Sorted Lists

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2023-12-01

Question

leetcode: Merge Two Sorted Lists | LeetCode OJ
lintcode: (165) Merge Two Sorted Lists

Problem Statement

Merge two sorted (ascending) linked lists and return it as a new sorted list. The new sorted list should be made by splicing together the nodes of the two lists and sorted in ascending order.

Example

Given 1->3->8->11->15->null, 2->null , return 1->2->3->8->11->15->null.

题解

此题为两个链表的合并，合并后的表头节点不一定，故应联想到使用dummy节点。链表节点的插入主要涉及节点next指针值的改变，两个链表的合并操作则涉及到两个节点的next值变化，若每次合并一个节点都要改变两个节点next的值且要对NULL指针做异常处理，势必会异常麻烦。嗯，第一次做这个题时我就是这么想的... 下面看看相对较好的思路。

首先dummy节点还是必须要用到，除了dummy节点外还引入一个curr节点充当下一次合并时的头节点。在l1或者l2的某一个节点为空指针NULL时，退出while循环，并将非空链表的头部链接到curr->next中。

C++

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode *next;
 *     ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    ListNode* mergeTwoLists(ListNode* l1, ListNode* l2) {
        ListNode *dummy = new ListNode(0);
        ListNode *lastNode = dummy;
        while ((NULL != l1) && (NULL != l2)) {
            if (l1->val < l2->val) {
                lastNode->next = l1;
                l1 = l1->next;
            } else {
                lastNode->next = l2;
                l2 = l2->next;
            }

            lastNode = lastNode->next;
        }

        // do not forget this line!
        lastNode->next =  (NULL != l1) ? l1 : l2;

        return dummy->next;
    }
};

Java

/**
 * Definition for ListNode.
 * public class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode(int val) {
 *         this.val = val;
 *         this.next = null;
 *     }
 * }
 */ 
public class Solution {
    /**
     * @param ListNode l1 is the head of the linked list
     * @param ListNode l2 is the head of the linked list
     * @return: ListNode head of linked list
     */
    public ListNode mergeTwoLists(ListNode l1, ListNode l2) {
        ListNode dummy = new ListNode(0);
        ListNode curr = dummy;

        while ((l1 != null) && (l2 != null)) {
            if (l1.val > l2.val) {
                curr.next = l2;
                l2 = l2.next;
            } else {
                curr.next = l1;
                l1 = l1.next;
            }
            curr = curr.next;
        }

        // link to non-null list
        curr.next = (l1 != null) ? l1 : l2;

        return dummy.next;
    }
}

源码分析

异常处理，包含在dummy->next中。
引入dummy和curr节点，此时curr指向的节点为dummy
对非空l1,l2循环处理，将l1/l2的较小者链接到curr->next，往后递推curr
最后处理l1/l2中某一链表为空退出while循环，将非空链表头链接到curr->next
返回dummy->next，即最终的首指针

注意curr的递推并不影响dummy->next的值，因为lastNode和dummy是两个不同的指针变量。

Note 链表的合并为常用操作，务必非常熟练，以上的模板非常精炼，有两个地方需要记牢。1. 循环结束条件中为条件与操作；2. 最后处理curr->next指针的值。

复杂度分析

最好情况下，一个链表为空，时间复杂度为 $$O(1)$$. 最坏情况下，curr遍历两个链表中的每一个节点，时间复杂度为 $$O(l1+l2)$$. 空间复杂度近似为 $$O(1)$$.

Reference

Merge Two Sorted Lists | 九章算法