排序算法刷题【排序链表】

一、题目解析

如下题目所示，对单项链表进行排序，因为是单项链表，所以只能使用单向的排序算法，如冒泡排序、快速排序、归并排序等。

二、算法代码

下面分别使用快速排序算法和归并排序算法。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>   //sort()排序函数的头文件
using namespace std;


/* 链表的结构体 */
struct ListNode {
    int val;
    ListNode* next;
    ListNode() : val(0), next(nullptr) {}
    ListNode(int x) : val(x), next(nullptr) {}
    ListNode(int x, ListNode* next) : val(x), next(next) {}
};

/* 快速排序法对链表的排序 */
class Solution2 {
public:
    ListNode* sortList(ListNode* head) {
        if (head == NULL) return head;      //递归退出的条件，递归到最后一个节点
        int minVal = head->val, maxVal = head->val;    //用于求最大值、最小值的变量
        ListNode *P1 = head, *P2 = NULL;               //用于对链表中间操作的指针
        ListNode *Lp = NULL, *Rp = NULL;               //对链表左右拆分排序保存的指针
        while (P1 != NULL)                  //查找链表中的最大值和最小值
        {
            minVal = min(minVal, P1->val);
            maxVal = max(maxVal, P1->val);
            P1 = P1->next; 
        }
        int z = (minVal + maxVal) >> 1;       //最大值和最小值的求平均
        if (minVal == maxVal) return head;
        P1 = head;
        while (P1)                //链表遍历是否到结尾
        {
            P2 = P1->next;        
            if (P1->val <= z)      //链表值大于中间值，节点指向Rp保存
            {
                P1->next = Lp;
                Lp = P1;
            }else{                //链表值小于中间值，节点指向Lp保存
                P1->next = Rp;
                Rp = P1;
            } 
            P1 = P2;
        }
        Rp = sortList(Rp);        //递归排序
        Lp = sortList(Lp);
        P1 = Lp;                  //下面就是链接左、右排序后的链表
        while (Lp->next) Lp = Lp->next;    
        Lp->next = Rp;
        return P1;
    }
};


/* 归并排序法对链表的排序 */
class Solution3 {
public:
    int getListLen(ListNode* head) {
        int len = 0;
        while (head) {
            len++;
            head = head->next;
        }
        return len;
    }
    ListNode* merge_sort(ListNode* head, int n) {
        if (n <= 1)return head;
        int m = n / 2;
        ListNode* Lp= head, * Rp = NULL, *p= head, ret;
        //会遍历到左半部分的最后一个节点，左半部分最后一个节点必须指向NULL，才能拆分链表
        for (int i = 1; i < m; i++) p = p->next;           
        Rp = p->next;
        p->next = NULL;          //注意：左半部分链表的末尾指向NULL，拆分链表，不然就会陷入死循环
        Lp = merge_sort(Lp, m);        //向内递归排序
        Rp = merge_sort(Rp, n - m);
        p = &ret, ret.next = NULL;      //因为是向后插入链表元素，所以需要一个链表头记录，都是用指针不能记录头部
        while (Lp || Rp)         //左边和右边的链表一次插入p总链表
        {   //注意如果Rp == NULL成立，后面就不会在进入了
            if (Rp == NULL || (Lp && (Lp->val <= Rp->val)))  //左右链表元素比较大小
            {
                p->next = Lp;            
                p = Lp;
                Lp = Lp->next;
            }else{
                p->next = Rp;            
                p = Rp;
                Rp = Rp->next;
            }
        }
        return ret.next;
    }
    ListNode* sortList(ListNode* head) {
        //计算链表的长度
        int n = getListLen(head);
        return merge_sort(head, n);
    }
};


void test2()
{
    Solution3 s2;
    int arr[5] = { 0,4,3,5,-1 };
    ListNode* ptr1 = NULL;
    ListNode* ptr2 = NULL;
    for (int i = 0; i < 5; i++)      //前向插入节点生成链表
    {
        ListNode* list = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
        list->val = arr[i];
        list->next = ptr1;
        ptr1 = list;
    }
    ptr2 = s2.sortList(ptr1);
    while(ptr2)     //打印链表并释放内存
    {
        ListNode* ptr3 = ptr2;
        cout << ptr2->val << "  ";
        ptr2 = ptr2->next;
        free(ptr3);
    }
}

int main()
{
    test2();
    return 0;
}

最终运行结果：