合并K个升序链表
字数 915 2025-10-25 17:03:44

合并K个升序链表

题目描述
给定一个链表数组,每个链表都已经按升序排列。你需要将所有链表合并到一个新的升序链表中,并返回这个新链表。

例如:
输入:lists = [[1,4,5],[1,3,4],[2,6]]
输出:[1,1,2,3,4,4,5,6]
解释:将所有链表合并后得到一个新的有序链表。

解题过程

  1. 问题分析
    合并多个有序链表时,最直接的方法是两两合并。例如,先合并前两个链表,再将结果与第三个链表合并,依此类推。但这种方法效率较低,因为每个节点可能需要多次比较。更高效的方法是使用分治或优先队列(最小堆)来减少比较次数。

  2. 关键思路

    • 最小堆优化:每次从所有链表的当前头节点中选出最小的节点,加入结果链表。利用最小堆(优先队列)可以快速获取最小值。
    • 分治法:将k个链表两两分组合并,重复这一过程直到只剩一个链表。这种方法类似归并排序的分治策略。
  3. 最小堆解法步骤
    步骤1:创建一个最小堆(优先队列),用于存储所有链表的当前头节点。堆按节点值排序。
    步骤2:将所有链表的头节点加入堆中(如果头节点非空)。
    步骤3:循环从堆中弹出最小节点,将其加入结果链表。如果该节点有下一个节点,将下一个节点加入堆。
    步骤4:当堆为空时,所有节点已处理完毕,返回结果链表的头节点。

    示例演示(以输入[[1,4,5],[1,3,4],[2,6]]为例):

    • 初始堆:[1(链表1), 1(链表2), 2(链表3)]。
    • 弹出1(链表1),加入结果,将其下一个节点4加入堆 → 堆:[1(链表2), 2(链表3), 4(链表1)]。
    • 弹出1(链表2),加入结果,将3加入堆 → 堆:[2(链表3), 3(链表2), 4(链表1)]。
    • 重复过程直至堆空,最终得到有序链表。
  4. 复杂度分析

    • 时间复杂度:O(N log k),其中N为节点总数,k为链表数。每个节点进出堆一次,堆操作耗时O(log k)。
    • 空间复杂度:O(k),堆的大小最多为k。
  5. 分治解法补充

    • 将k个链表递归分成两半,分别合并后再合并两个结果。
    • 时间复杂度同样为O(N log k),但无需额外堆结构,递归栈空间为O(log k)。
合并K个升序链表 题目描述 给定一个链表数组,每个链表都已经按升序排列。你需要将所有链表合并到一个新的升序链表中,并返回这个新链表。 例如: 输入:lists = [ [ 1,4,5],[ 1,3,4],[ 2,6] ] 输出:[ 1,1,2,3,4,4,5,6 ] 解释:将所有链表合并后得到一个新的有序链表。 解题过程 问题分析 合并多个有序链表时,最直接的方法是两两合并。例如,先合并前两个链表,再将结果与第三个链表合并,依此类推。但这种方法效率较低,因为每个节点可能需要多次比较。更高效的方法是使用分治或优先队列(最小堆)来减少比较次数。 关键思路 最小堆优化 :每次从所有链表的当前头节点中选出最小的节点,加入结果链表。利用最小堆(优先队列)可以快速获取最小值。 分治法 :将k个链表两两分组合并,重复这一过程直到只剩一个链表。这种方法类似归并排序的分治策略。 最小堆解法步骤 步骤1 :创建一个最小堆(优先队列),用于存储所有链表的当前头节点。堆按节点值排序。 步骤2 :将所有链表的头节点加入堆中(如果头节点非空)。 步骤3 :循环从堆中弹出最小节点,将其加入结果链表。如果该节点有下一个节点,将下一个节点加入堆。 步骤4 :当堆为空时,所有节点已处理完毕,返回结果链表的头节点。 示例演示 (以输入[ [ 1,4,5],[ 1,3,4],[ 2,6] ]为例): 初始堆:[ 1(链表1), 1(链表2), 2(链表3) ]。 弹出1(链表1),加入结果,将其下一个节点4加入堆 → 堆:[ 1(链表2), 2(链表3), 4(链表1) ]。 弹出1(链表2),加入结果,将3加入堆 → 堆:[ 2(链表3), 3(链表2), 4(链表1) ]。 重复过程直至堆空,最终得到有序链表。 复杂度分析 时间复杂度:O(N log k),其中N为节点总数,k为链表数。每个节点进出堆一次,堆操作耗时O(log k)。 空间复杂度:O(k),堆的大小最多为k。 分治解法补充 将k个链表递归分成两半,分别合并后再合并两个结果。 时间复杂度同样为O(N log k),但无需额外堆结构,递归栈空间为O(log k)。