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史上最易懂的(带图)leetcode148.排序链表「快速排序、Python、交换指针」

程序员文章站 2024-03-04 08:10:23
...

1.题目描述

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 1:

输入: 4->2->1->3
输出: 1->2->3->4
示例 2:

输入: -1->5->3->4->0
输出: -1->0->3->4->5

2.解题思路

利用快速排序实现复杂度要求,但是注意:测试样例中,有一个样例包含大量重复元素,而不同的元素只有三个1,2,3,如果不对重复的元素做优化,这个样例用Python编程在leetcode中是通不过的。因此,本文将详细对利用Python实现链表快排并能通过所有样例进行讲解。

举例:

输入[5,2,4,1,7,9,8,5,5,5]

输出[1,2,4,5,5,5,5,7,8,9]

整体思路:

  1. 首先,设置一个临时节点 newHead 插入到原来链表的头部,作为链表新的头结点。这是因为原链表的头结点会在快排过程中不断改变,在链表排好序后,返回 newHead.next 即可。
  2. 利用partition函数将基准放在正确位置,并返回基准节点,在原始快排中,返回的是mid节点,但是由于要考虑与基准那些相同的节点(可能很多),返回 [prev, post],prev指的是基准节点,post指的是所有与基准值相同的节点中最后一个节点,即prev到post区间的所有节点的值都与基准节点相同,且prev是基准节点。
  3. 对左右区间进行递归,quicksort(start, prev),quicksort(post, end),这样就成功地跳过了中间那些值相同的节点。

partition具体实现:

  1. 初始时设置prev和post都指向start节点的下一个节点,并且prev.next=end,设置node指向prev的下一节点
  2. node循环遍历链表:
  • 如果node的值比基准节点prev小,则将node插入到原来的start和start的下一节点中间
  • 如果node的值比基准节点prev大,则将node插入到原来的post和post的下一节点中间
  • 如果node的值与基准节点prev相同,则将node插入到原来的post和post的下一节点中间,并更新post节点为post.next

画图演示:

史上最易懂的(带图)leetcode148.排序链表「快速排序、Python、交换指针」

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史上最易懂的(带图)leetcode148.排序链表「快速排序、Python、交换指针」

3.代码实现

class Solution(object):
    def sortList(self, head):
        def partition(start, end):
            node = start.next.next
            prev = start.next
            prev.next = end
            post = prev
            while node != end:
                temp = node.next
                if node.val > prev.val:                    
                    node.next = post.next
                    post.next = node
                elif node.val < prev.val:
                    node.next = start.next
                    start.next = node
                else:
                    node.next = post.next
                    post.next = node
                    post = post.next
                node = temp
            return [prev, post]

        def quicksort(start, end):
            # 区间[start,end)
            if start.next != end:
                prev, post = partition(start, end)
                quicksort(start, prev)
                quicksort(post, end)
        newHead = ListNode(0)
        newHead.next = head
        quicksort(newHead, None)
        return newHead.next

 

 

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