LeetCode23:合并K个升序链表

原题地址：. - 力扣（LeetCode）

题目描述

给你一个链表数组，每个链表都已经按升序排列。

请你将所有链表合并到一个升序链表中，返回合并后的链表。

示例 1：

输入：lists = [[1,4,5],[1,3,4],[2,6]]
输出：[1,1,2,3,4,4,5,6]
解释：链表数组如下：
[
  1->4->5,
  1->3->4,
  2->6
]
将它们合并到一个有序链表中得到。
1->1->2->3->4->4->5->6

示例 2：

输入：lists = []
输出：[]

示例 3：

输入：lists = [[]]
输出：[]

提示：

• k == lists.length
• 0 <= k <= 10^4
• 0 <= lists[i].length <= 500
• -10^4 <= lists[i][j] <= 10^4
• lists[i] 按 升序 排列
• lists[i].length 的总和不超过 10^4

实现思路

题目要求合并 k 个升序链表，返回一个升序的新链表。可以使用以下思路来解决这个问题：

思路：

1. 提取节点值：遍历所有链表，将每个节点的值提取到一个数组或列表中。
2. 排序：对提取出的节点值进行排序。
3. 构建新链表：使用排序后的值构建一个新的升序链表。

源码实现

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * public class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode() {}
 *     ListNode(int val) { this.val = val; }
 *     ListNode(int val, ListNode next) { this.val = val; this.next = next; }
 * }
 */
class Solution {
    public ListNode mergeKLists(ListNode[] lists) {
        // 初始化结果链表
        ListNode result = null;
        // 如果输入链表数组为空，直接返回null
        if (lists == null || lists.length == 0) {
            return result;
        }

        // 使用一个列表来存储所有链表中的节点值
        List<Integer> array = new ArrayList<>();
        // 遍历所有链表，将节点值添加到列表中
        for (int i = 0; i < lists.length; i++) {
            node(lists[i], array);
        }
        // 如果列表为空，返回null
        if (array.size() == 0) {
            return result;
        }

        // 将列表转换为数组并排序
        Integer[] ts = array.toArray(new Integer[array.size()]);
        Arrays.sort(ts);

        // 创建新链表的头节点
        result = new ListNode(ts[0]);
        ListNode dummy = result; // 使用dummy指针帮助构建链表

        // 遍历排序后的数组，构建链表
        for (int i = 1; i < ts.length; i++) {
            ListNode temp = new ListNode(ts[i]);
            dummy.next = temp; // 将新节点连接到链表
            dummy = temp; // 移动dummy指针
        }
        return result; // 返回合并后的链表
    }

    // 辅助函数：遍历链表并将节点值添加到列表中
    public void node(ListNode node, List<Integer> list) {
        while (node != null) {
            list.add(node.val); // 将节点值添加到列表
            node = node.next; // 移动到下一个节点
        }
    }
}

复杂度分析

• 时间复杂度：

  • 提取所有链表中的值需要 O(N)，其中 N 是所有链表节点的总数。
  • 排序的时间复杂度为 O(N log N)，因此整体时间复杂度为 O(N log N)。

• 空间复杂度：

  • 使用 O(N) 的空间存储所有节点的值。
  • 另外还需要 O(1) 的空间来构建新的链表（指针变量），所以总体空间复杂度为 O(N)。