LeetCode 热题 HOT 100 （017/100）【宇宙最简单版】

【链表】No. 0148 排序链表【中等】👉力扣对应题目指路

希望对你有帮助呀！！💜💜 如有更好理解的思路，欢迎大家留言补充 ~ 一起加油叭 💦
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⭐ 题目描述：给你链表的头结点 head ，请将其按 升序 排列并返回排序后的链表

【难点🔥】在 O(n log n) 时间复杂度和常数级空间复杂度下，对链表进行排序
示例 :

输入：head = [4,2,1,3]
输出：[1,2,3,4]

🔥 思路：归并排序（二分链表，逐层合并）

可以参考下图理解 (最上面一行是原链表元素，将两两元素按序合并，最终得到最下面一行的有序链表结果)
对于本题目的一般解法是用数组存储链表元素值，排序后存回链表【较容易，本文未给出】

⭐⭐⭐ 题目准备之合并两个有序链表: 一定要先掌握合并两个有序链表 ❗❗❗ 放在最后面啦，供不熟悉的友友参考~

参考如上思路，给出详细步骤如下：

步骤一⭐写出合并两个有序链表 h1 h2 的函数 merge 备用

创建虚拟头节点 dummy_head , 逐个往后链接 h1 h2 中当前 val 更小的节点

步骤二⭐用双指针法 (慢指针 slow, 快指针 fast ) 将待排序链表均分为两段

fast 两倍于 slow 移动，fast 走到头后，slow 走到中部 (作为第二段 💞 的 head → part_2 )
慢指针 slow 每次往前走一步：slow = slow.next
快指针 fast 每次往前走两步：fast = fast.next.next

为了将两段断开，建立 break_point 记录第二段💞前需要断点位置
即用 break_point 追踪 slow 的前一位置
注意：如果当前只有一段 (即当前链表只有一个元素，不够分段)，返回当前元素，不再往后继续
本文用 break_point 来判断的

步骤三⭐递归处理(也就是排序)当前的两段链表：

如果两段有序链表都非空，则调用 merge 合并
否则返回对应非空的那段

# Definition for singly-linked list.
# class ListNode:
#     def __init__(self, val=0, next=None):
#         self.val = val
#         self.next = next
class Solution:
    def sortList(self, head: Optional[ListNode]) -> Optional[ListNode]:
        def traversal_sort(head):
            def merge(h1, h2):  ## 【合并两个有序链表】 # ---------------- step 1
                dummy_head = ListNode()
                current = dummy_head
                while h1 or h2:
                    if not h2 or (h1 and h1.val <= h2.val):
                        current.next = h1
                        current = h1
                        h1 = h1.next
                    else:  # not h1 or (h2 and h2.val < h1.val)
                        current.next = h2
                        current = h2
                        h2 = h2.next

                return dummy_head.next
			
			# ------------------------------------------------------- step 2
            if not head:
                return None
            slow = head
            fast = head
            break_point = None

            while fast and fast.next:
                break_point = slow  # --------------------------- step 2.2.1
                slow = slow.next  # ----------------------------- step 2.1.1
                fast = fast.next.next  # ------------------------ step 2.1.2
            
            part_1 = head
            part_2 = slow
             # -------------------------------------------------- step 2.2.2
            if not break_point: return head  ## 处理只有一个元素的情况，重要！
            break_point.next = None  ## 断开

			# ------------------------------------------------------- step 3
            part_1_result = traversal_sort(part_1)
            part_2_result = traversal_sort(part_2)
            # ----------------------------------------------------- step 3.1
            if part_1_result and part_2_result:
                return merge(part_1_result, part_2_result)
            # ----------------------------------------------------- step 3.2
            if part_1_result: return part_1_result
            if part_2_result: return part_2_result
        
        return traversal_sort(head)

⭐⭐⭐ 题目准备之合并两个有序链表:一定要先掌握合并两个有序链表 ❗❗❗

# Definition for singly-linked list.
# class ListNode:
#     def __init__(self, val=0, next=None):
#         self.val = val
#         self.next = next
class Solution:
    def mergeTwoLists(self, list1: Optional[ListNode], list2: Optional[ListNode]) -> Optional[ListNode]:
        dummy_head = ListNode()
        current = dummy_head
        h1, h2 = list1, list2  ## 为和本文保持一致，换名为 h1 h2
        while h1 or h2:
            if not h2 or (h1 and h1.val <= h2.val):
                current.next = h1
                current = h1
                h1 = h1.next
            else:  # not h1 or (h2 and h2.val < h1.val)
                current.next = h2
                current = h2
                h2 = h2.next

        return dummy_head.next