LeetCode: 21. 合并两个有序链表——有效解决方案，难题不再难！

合并两个有序链表：双指针法指南

简介

在 LeetCode 21 题中，我们的目标是合并两个升序链表，创建一个新的升序链表。为了有效地解决这个问题，我们可以采用双指针法，它以其简洁性和效率而著称。

双指针法

双指针法使用两个指针，一个指针指向每个链表的表头。通过比较两个指针当前指向的节点的值，我们确定较小的值，然后将该节点添加到新链表中。随后，我们将指向较小值节点的指针移动到下一个节点。

这个过程重复进行，直到两个链表都为空。此时，我们将任何剩余节点添加到新链表中，然后返回其头节点。

步骤分解

以下是双指针法的逐步分解：

1. 初始化双指针： 创建一个新的链表，并初始化指向两个给定链表头节点的指针。
2. 比较节点值： 比较两个指针当前指向的节点值。
3. 添加较小节点： 将较小值节点添加到新链表中。
4. 移动较小指针： 将指向较小值节点的指针移动到下一个节点。
5. 检查空链表： 如果一个链表为空，则将另一个链表的剩余节点添加到新链表中。
6. 返回新链表： 最后，返回新链表的头节点。

代码示例

def merge_two_lists(l1, l2):
    """
    合并两个有序链表，并返回合并后的链表。

    参数：
    l1 (ListNode): 第一个链表的头节点。
    l2 (ListNode): 第二个链表的头节点。

    返回：
    ListNode: 合并后的链表的头节点。
    """

    # 创建一个新的链表，作为合并后的链表。
    head = ListNode(0)

    # 初始化双指针。
    ptr1 = l1
    ptr2 = l2

    # 遍历两个链表，并将较小的节点添加到新的链表中。
    while ptr1 and ptr2:
        if ptr1.val < ptr2.val:
            head.next = ptr1
            ptr1 = ptr1.next
        else:
            head.next = ptr2
            ptr2 = ptr2.next

        head = head.next

    # 将剩余的节点添加到新的链表中。
    if ptr1:
        head.next = ptr1
    if ptr2:
        head.next = ptr2

    # 返回合并后的链表的头节点。
    return head.next

扩展思考

除了双指针法，还有其他方法可以合并两个有序链表，包括：

• 迭代法： 使用循环迭代两个链表，并比较每个节点的值。
• 递归法： 将问题分解为两个子问题，合并两个链表的前半部分和合并两个链表的后半部分。

结论

双指针法是合并两个有序链表的高效方法。它易于实现，并且具有时间复杂度为 O(n)，其中 n 是两个链表中节点的总数。通过理解双指针法的步骤和代码示例，您可以自信地解决 LeetCode 21 题。

常见问题解答

1. 双指针法的复杂度是多少？
   答：O(n)

2. 双指针法比其他方法有什么优势？
   答：易于实现且效率高。

3. 可以使用递归法合并链表吗？
   答：是的，可以。

4. 双指针法可以在合并其他数据结构时使用吗？
   答：是的，它可以用于合并其他线性数据结构，例如数组或栈。

5. 如何解决链表中存在循环引用问题？
   答：使用哈希表来跟踪已访问的节点，或者使用两个指针来检测循环。