用Python解读：合并K个已排序链表

2024-02-22 15:14:35

[文章正文]

链表的结构和应用

链表是一种广泛应用于各种编程语言的数据结构，它由一系列节点组成，每个节点包含一个数据元素和指向下一个节点的指针。链表的特点是节点可以不连续地存储在内存中，并且可以动态地添加或删除节点。链表非常适合存储和处理需要经常插入或删除元素的数据。

[示例]

class ListNode:
    def __init__(self, val=0, next=None):
        self.val = val
        self.next = next

在上例中，我们定义了一个名为ListNode的类来表示链表中的节点。每个节点包含两个属性：val，表示节点的值，和next，表示指向下一个节点的指针。

合并排序算法

合并排序是一种经典的排序算法，它通过分而治之的思想将一个无序的序列划分为多个有序的子序列，然后将这些子序列逐一合并，最终得到一个有序的序列。合并排序具有时间复杂度为O(n log n)的性能。

[Python实现]

def merge_k_sorted_lists(lists):
    if not lists:
        return None

    while len(lists) > 1:
        merged_lists = []
        for i in range(0, len(lists), 2):
            l1 = lists[i]
            l2 = lists[i+1] if i+1 < len(lists) else None
            merged_lists.append(merge_two_sorted_lists(l1, l2))
        lists = merged_lists

    return lists[0]


def merge_two_sorted_lists(l1, l2):
    dummy = ListNode()
    curr = dummy

    while l1 and l2:
        if l1.val < l2.val:
            curr.next = l1
            l1 = l1.next
        else:
            curr.next = l2
            l2 = l2.next
        curr = curr.next

    curr.next = l1 or l2

    return dummy.next

在上例中，我们定义了一个merge_k_sorted_lists函数来合并多个已排序链表。该函数首先检查链表是否为空，如果是，则返回None。然后，该函数使用一个while循环来逐一合并链表。在每次循环中，该函数使用另一个for循环来将每两个链表合并为一个链表，并将合并后的链表添加到merged_lists列表中。最后，该函数将merged_lists列表中的最后一个链表返回作为合并后的结果。

我们还定义了一个merge_two_sorted_lists函数来合并两个已排序链表。该函数首先创建一个虚拟头节点dummy，然后使用一个while循环来比较两个链表中的元素。在每次循环中，该函数将较小的元素添加到结果链表中，并将相应的指针移动到下一个元素。最后，该函数将较长的链表的剩余元素添加到结果链表中，并返回结果链表。

运行示例

list1 = ListNode(1)
list1.next = ListNode(4)
list1.next.next = ListNode(5)

list2 = ListNode(1)
list2.next = ListNode(3)
list2.next.next = ListNode(4)

list3 = ListNode(2)
list3.next = ListNode(6)

result = merge_k_sorted_lists([list1, list2, list3])

while result:
    print(result.val, end=" ")
    result = result.next