No.023：Merge k Sorted Lists

问题：

Merge k sorted linked lists and return it as one sorted list. Analyze and describe its complexity.

官方难度：

Hard

翻译：

合并k个已排序的链表，得到一个新的链表并且返回其第一个节点。分析并阐述其复杂度。

1. 这是No.021（Merge Two Sorted Lists）的深入研究。
2. 可以借鉴归并排序的思想，对于长度为k的数组，依次进行二路归并，返回这两个链表合并之后的头结点（利用No.021现成的代码），下次递归时，入参为长度为(k+1)/2的头结点数组。
3. 在k为奇数时，先去掉最后一项，剩余项依次二路归并，再将最后一项放入新的数组。
4. 由于使用递归，所以将递归方法独立出来，因为只要做依次入参检查即可。
5. 算法的复杂度与归并排序相同，即O(nlogn)的时间复杂度，O(n)的空间复杂度。

解题代码：

     public static ListNode mergeKLists(ListNode[] lists) {
         if (lists == null) {
             throw new IllegalArgumentException("Input error");
         }
         if (lists.length == 0) {
             return null;
         }
         return mergeListsArray(lists);
     }
 
     // 合并 k 个有序链表
     public static ListNode mergeListsArray(ListNode[] lists) {
         // 递归终点
         if (lists.length == 1) {
             return lists[0];
         }
         // 下一次递归的头结点数组
         ListNode[] next = new ListNode[(lists.length + 1) >>> 1];
         // 二路归并
         if (lists.length % 2 == 0) {
             for (int i = 0; i < lists.length; i += 2) {
                 next[i >>> 1] = merge2Lists(lists[i], lists[i + 1]);
             }
         } else {
             for (int i = 0; i < lists.length - 1; i += 2) {
                 next[i >>> 1] = merge2Lists(lists[i], lists[i + 1]);
             }
             next[next.length - 1] = lists[lists.length - 1];
         }
         return mergeListsArray(next);
     }
 
     // 合并2个有序链表
     private static ListNode merge2Lists(ListNode l1, ListNode l2) {
         if (l1 == null) {
             return l2;
         }
         if (l2 == null) {
             return l1;
         }
         // 返回的第一个节点
         ListNode first = l1.val > l2.val ? l2 : l1;
         // 上一个节点
         ListNode last = new ListNode(0);
         while (true) {
             if (l1.val > l2.val) {
                 // 交换l1节点和l2节点，保证下一次循环仍然以l1节点为基准
                 ListNode swapNode = l2;
                 l2 = l1;
                 l1 = swapNode;
             }
             // 将last节点的next指针指向l1，同时更新last
             last.next = l1;
             last = l1;
             // 带排序的链表遍历完成，剩余链表自然有序
             if (l1.next == null) {
                 l1.next = l2;
                 break;
             }
             l1 = l1.next;
         }
         return first;
     }

mergeKLists

相关链接：

https://leetcode.com/problems/merge-k-sorted-lists/

https://github.com/Gerrard-Feng/LeetCode/blob/master/LeetCode/src/com/gerrard/algorithm/hard/Q023.java

PS：如有不正确或提高效率的方法，欢迎留言，谢谢！