148. Sort List(快排、归并)

Sort a linked list in O(n log n) time using constant space complexity.

首先给出快排解法:

class Solution {
public:
    ListNode *sortList(ListNode *head) {
        if(head == NULL)
            return NULL;
        quick_sort(&head, NULL);
        return head;
    }
    void quick_sort(ListNode** head, ListNode* end){
        if(*head == end)
            return ;

        ListNode *right = NULL;
        ListNode *pivot = *head;
        ListNode **left_walk = head;
        ListNode **right_walk = &right;

        for(ListNode* old=(*head)->next; old!=end; old=old->next){
            if(old->val < pivot->val){
                *left_walk = old;
                left_walk = &(old->next);
            }
            else{
                *right_walk = old;
                right_walk = &(old->next);
            }
        }

        *right_walk = end; //这个顺序不能放在下面,因为要*right_walk有可能就是right,必须先更新right,在最后只剩下一个元素的情况下,这样可以保证*head==end,成功返回
        *left_walk = pivot;
        pivot->next =right;

        quick_sort(&(pivot->next), end);
        quick_sort(head, pivot);
    }
};

快排使用二级指针很方便,所以尽量用二级指针。

下面是归并,先给一个使用dummy的版本:

class Solution {
public:
    ListNode *sortList(ListNode *head) {
        if(head == NULL || head->next == NULL)
            return head;

        ListNode* slow = head;
        //fast必须从next开始,因为是归并。而且这不是求链表入环点,不必do-while那么严格的要求
        //如果不是head->next,那么如果链表为[2,1]两个元素,
        //会陷入死循环,每次fast最终传入merge都为NULL,链表长度没变
        ListNode* fast = head->next; 

        while(fast != NULL && fast->next != NULL){
            slow = slow->next;
            fast = fast->next->next;
        }

        fast = slow->next;
        slow->next = NULL;

        return merge(sortList(head), sortList(fast));
    }
    ListNode* merge(ListNode* node1, ListNode* node2){
        ListNode* dummy = new ListNode(-1);
        ListNode* tmp = dummy;
        while(node1 != NULL && node2 != NULL){
            if(node1->val < node2->val){
                tmp->next = node1;
                node1 = node1->next;
            }
            else{
                tmp->next = node2;
                node2 = node2->next;
            }
            tmp = tmp->next;
        }

        if(node1 != NULL)   //注意不要忘了后续链表
            tmp->next = node1;
        else
            tmp->next = node2;

        return dummy->next;
    }
};

如果不使用dummy,合并两个排序链表有传统的套路,就是下面的递归方法:

    ListNode* merge(ListNode* node1, ListNode* node2){
        if(node1 == NULL)
            return node2;
        else if(node2 == NULL)
            return node1;

        ListNode* res = NULL;
        if(node1->val < node2->val){
            res = node1;
            res->next = merge(node1->next, node2);
        }
        else{
            res = node2;
            res->next = merge(node1, node2->next);
        }
        return res;
    }

一日后更新:哈哈,经过这两天的刷题,又掌握了一种新的merge方法:


class Solution {
public:
    ListNode* mergeTwoLists(ListNode* l1, ListNode* l2) {
        ListNode* head = NULL;
        ListNode** pp = &head;

        while(l1 != NULL && l2 != NULL){
            if(l1->val < l2->val){
                *pp = l1;
                pp = &(l1->next);
                l1 = l1->next;
            }
            else{
                *pp = l2;
                pp = &(l2->next);
                l2 = l2->next;
            }
        }

        if(l1 != NULL)
            *pp = l1;
        else
            *pp = l2;

        return head;
    }
};
<think>我们正在讨论Java中的Arrays.sort方法。根据引用内容,Arrays.sort有两种主要用法:1.对基本类型数组或对象数组进行自然排序(使用默认排序)2.通过传入Comparator对象进行自定义排序实现原理方面,根据引用[1],Arrays.sort在底层使用了归并排序或快速排序(具体取决于数据类型和数组大小)。对于对象数组,使用的是归并排序(保证稳定性),而对于基本类型数组,使用的是快速排序(因为不需要稳定性,且速度更快)。自定义排序的使用方法:我们可以通过传递一个Comparator对象作为第二个参数来实现自定义排序规则。Comparator是一个接口,我们需要实现它的compare方法,在该方法中定义两个元素的比较规则。根据引用[2]和引用[3],自定义排序的两种写法:第一种:使用匿名内部类Arrays.sort(array,newComparator<Type>(){@Overridepublicintcompare(Typeo1,Typeo2){//自定义比较逻辑//返回负数表示o1小于o2,正数表示o1大于o2,0表示相等}});第二种:使用lambda表达式(Java8及以上)Arrays.sort(array,(o1,o2)->{//自定义比较逻辑});或者更简洁的写法(如果逻辑简单)。示例:对整数数组进行从小到大排序Integer[]arr={3,1,4,2};Arrays.sort(arr,(a,b)->a-b);注意:对于基本类型数组(如int[]),我们不能直接使用Comparator,因为sort方法没有提供对基本类型数组使用Comparator的重载。所以我们需要将基本类型数组转换为对应的包装类型数组,或者使用其他方法(如使用List)。但是,对于基本类型数组,Arrays.sort有重载方法,默认是升序排序,我们也可以使用自定义排序,但需要通过将数组转换为包装类型数组,或者使用其他方式(如使用StreamAPI)。另外,引用[3]中给出了一个拼接字符串后比较的示例,用于将字符串数组拼接成最大数的问题。接下来,我将按照用户要求,使用中文回答,并生成相关问题。</think>### Java `Arrays.sort()` 方法详解 #### 一、基本用法 1. **默认排序(自然顺序)** 对基本类型数组(如 `int[]`)或实现 `Comparable` 接口的对象数组(如 `String[]`)进行升序排序: ```java int[] numbers = {5, 2, 9, 1}; Arrays.sort(numbers); // 结果: [1, 2, 5, 9] String[] names = {"John", "Alice", "Bob"}; Arrays.sort(names); // 结果: ["Alice", "Bob", "John"] ``` 2. **自定义排序(使用 `Comparator`)** 通过匿名内部类或 Lambda 表达式实现自定义规则: ```java // 按字符串长度排序(由短到长) String[] words = {"apple", "kiwi", "banana"}; Arrays.sort(words, new Comparator<String>() { @Override public int compare(String s1, String s2) { return s1.length() - s2.length(); // 升序 } }); // Lambda 简化写法(Java 8+) Arrays.sort(words, (s1, s2) -> s1.length() - s2.length()); ``` #### 二、实现原理 1. **底层算法** - 基本类型数组:**双轴快速排序**(Dual-Pivot Quicksort),时间复杂度 $O(n \log n)$。 - 对象数组:**归并排序**(TimSort),稳定排序,保证相同元素顺序不变[^1]。 - 小数组(长度 < 47):使用**插入排序**优化。 2. **排序流程** ```mermaid graph TD A[调用Arrays.sort] --> B{数组类型} B -->|基本类型| C[双轴快排] B -->|对象类型| D[TimSort] C --> E[插入排序<br>长度<47] D --> F[归并+插入] ``` #### 三、高级应用 1. **复杂对象排序** 对自定义类按多字段排序: ```java class Person { String name; int age; } Person[] people = ...; Arrays.sort(people, Comparator .comparing(Person::getName) // 先按姓名 .thenComparingInt(Person::getAge) // 再按年龄 ); ``` 2. **特殊场景排序** - **字符串拼接成最大数**(LeetCode 179): ```java String[] nums = {"3", "30", "34"}; Arrays.sort(nums, (s1, s2) -> (s2 + s1).compareTo(s1 + s2) // 降序拼接比较 ); // 结果: ["34", "3", "30"] → 343330 ``` #### 四、注意事项 1. **基本类型 vs 包装类型** - `int[]` 不能直接使用 `Comparator`,需转为 `Integer[]`: ```java int[] arr = {4, 2, 7}; Integer[] boxed = Arrays.stream(arr).boxed().toArray(Integer[]::new); Arrays.sort(boxed, (a, b) -> b - a); // 降序 ``` 2. **排序稳定性** - 对象排序时,`TimSort` 保证相等元素的原始顺序不变(稳定排序)。 3. **性能陷阱** - 避免在 `compare()` 中频繁创建对象: ```java // 错误示例(每次比较都拼接字符串) Arrays.sort(nums, (s1, s2) -> (s1+s2).compareTo(s2+s1) ); ``` > **引用说明**:底层排序算法选择依据数据类型和长度优化[^1],自定义排序通过 `Comparator` 的返回值决定顺序[^2],复杂比较需注意性能[^3]。 --- ###
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