C++归并法+快速排序实现链表排序的方法

C++归并法+快速排序实现链表排序的方法是一种比较高效的链表排序算法。以下是具体的实现攻略：

步骤一：分析链表排序的问题

在进行链表排序之前，首先需要了解链表排序的问题。链表排序问题主要表现在以下方面：

• 需要排序的链表中包含大量的节点。
• 链表的节点数量可能不固定，可能甚至达到几百万。

这些问题都会对链表排序的效率和速度造成影响，因此需要使用高效且稳定的排序算法对链表进行排序。

步骤二：选择合适的排序算法

常用的排序方法有插入排序、冒泡排序、选择排序、归并排序和快速排序等。对于链表进行排序，建议使用归并排序和快速排序。

• 归并排序：将链表从中间分成两部分，对每一部分递归地进行排序，然后将两部分按大小顺序进行合并。
• 快速排序：首先找到链表的中间节点，然后将链表按照这个节点的值分成两个部分，对每个部分递归进行快速排序。

在选择排序算法时，要根据链表的长度和数据规模选择合适的算法，确保排序的效率和速度。

步骤三：实现归并排序

归并排序需要实现链表的分割和合并两个操作。以下是具体实现：

ListNode* mergeTwoLists(ListNode* l1, ListNode* l2) {
    ListNode dummy(0);
    ListNode* p = &dummy;

    while(l1 && l2) {
        if(l1->val <= l2->val) {
            p->next = l1;
            l1 = l1->next;
        } else {
            p->next = l2;
            l2 = l2->next;
        }
        p = p->next;
    }

    if(l1) p->next = l1;
    if(l2) p->next = l2;

    return dummy.next;
}

ListNode* sortList(ListNode* head) {
    if(!head || !head->next) return head;

    ListNode* slow = head;
    ListNode* fast = head->next;

    while(fast && fast->next) {
        slow = slow->next;
        fast = fast->next->next;
    }

    ListNode* right = sortList(slow->next);
    slow->next = nullptr;
    ListNode* left = sortList(head);

    return mergeTwoLists(left, right);
}

步骤四：实现快速排序

快速排序需要找到链表的中间节点，具体实现如下：

ListNode* partition(ListNode* head, ListNode* end, ListNode* &newHead, ListNode* &newEnd) {
    ListNode* pivot = end;
    ListNode* prev = nullptr;
    ListNode* cur = head;
    ListNode* tail = pivot;

    while(cur != pivot) {
        if(cur->val < pivot->val) {
            if(newHead == nullptr) newHead = cur;
            prev = cur;
            cur = cur->next;
        } else {
            if(prev) prev->next = cur->next;
            ListNode* tmp = cur->next;
            cur->next = nullptr;
            tail->next = cur;
            tail = cur;
            cur = tmp;
        }
    }

    if(newHead == nullptr) newHead = pivot;

    newEnd = tail;
    return pivot;
}

ListNode* quickSort(ListNode* head, ListNode* end) {
    if(head == nullptr || head == end) return head;

    ListNode* newHead = nullptr;
    ListNode* newEnd = nullptr;

    ListNode* pivot = partition(head, end, newHead, newEnd);

    if(newHead != pivot) {
        ListNode* tmp = newHead;
        while(tmp->next != pivot) {
            tmp = tmp->next;
        }
        tmp->next = nullptr;
        newHead = quickSort(newHead, tmp);
        tmp = getTail(newHead);
        tmp->next = pivot;
    }

    pivot->next = quickSort(pivot->next, newEnd);

    return newHead;
}

ListNode* sortList(ListNode* head) {
    return quickSort(head, getTail(head));
}

步骤五：示例说明

以下是两个使用归并排序和快速排序排序链表的示例。

归并排序示例：

Input: 4->2->1->3
Output: 1->2->3->4

ListNode* sortList(ListNode* head) {
    if(!head || !head->next) return head;

    ListNode* slow = head;
    ListNode* fast = head->next;

    while(fast && fast->next) {
        slow = slow->next;
        fast = fast->next->next;
    }

    ListNode* right = sortList(slow->next);
    slow->next = nullptr;
    ListNode* left = sortList(head);

    return mergeTwoLists(left, right);
}

快速排序示例：

Input: 4->2->1->3
Output: 1->2->3->4

ListNode* sortList(ListNode* head) {
    return quickSort(head, getTail(head));
}

ListNode* quickSort(ListNode* head, ListNode* end) {
    if(head == nullptr || head == end) return head;

    ListNode* newHead = nullptr;
    ListNode* newEnd = nullptr;

    ListNode* pivot = partition(head, end, newHead, newEnd);

    if(newHead != pivot) {
        ListNode* tmp = newHead;
        while(tmp->next != pivot) {
            tmp = tmp->next;
        }
        tmp->next = nullptr;
        newHead = quickSort(newHead, tmp);
        tmp = getTail(newHead);
        tmp->next = pivot;
    }

    pivot->next = quickSort(pivot->next, newEnd);

    return newHead;
}

在实现链表排序的时候，需要特别注意链表为空以及链表节点个数小于等于1的情况。通过归并排序和快速排序两种算法对链表进行排序，可以有效提高排序的效率和速度。