链表排序java

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mob64ca12f63d4f 2024-09-22 06:52:21 ©著作权

文章标签 链表归并排序链表排序 文章分类 Java 后端开发

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链表排序的探讨与实现

链表是一种数据结构，它由一系列节点组成，每个节点包含数据以及指向下一个节点的指针。与数组相比，链表在插入和删除操作上具有更高的效率，但在查找和排序方面通常较为复杂。本文将探讨如何对链表进行排序，并提供相关的Java代码示例。

基本概念

在讨论链表排序之前，我们需要了解链表的一些基本概念。链表的节点通常包括两个部分：数据部分和指针部分。数据部分存储数据，而指针部分指向链表中的下一个节点。

链表的类型主要有两种：单链表和双链表。单链表中的每个节点只包含一个指向下一个节点的指针，而双链表则包含两个指针，分别指向前一个节点和下一个节点。本文将专注于单链表的排序。

链表排序算法

对链表进行排序的方法有多种，包括但不限于以下几种：

插入排序：一种简单的排序算法，适合链表。
归并排序：效果较好，尤其在链表上表现优越。
快速排序：可以在链表上实现，但相对复杂。

归并排序

归并排序是一种有效的O(n log n)排序算法，适合于链表的排序。它的基本思路是将链表拆分为两半，对这两部分分别递归排序，然后将它们合并。在链表中，合并操作可以高效地在O(n)时间内完成。

代码示例

以下是使用Java实现的链表归并排序的完整代码：

class ListNode {
    int val;
    ListNode next;
    ListNode(int x) { val = x; }
}

public class LinkedListSort {

    public ListNode sortList(ListNode head) {
        // 如果链表为空或只有一个节点，直接返回
        if (head == null || head.next == null) {
            return head;
        }

        // 使用快慢指针找到链表的中间节点
        ListNode mid = getMiddle(head);
        ListNode secondHalf = mid.next;
        mid.next = null; // 切断链表

        // 递归排序两个半部分
        return merge(sortList(head), sortList(secondHalf));
    }

    private ListNode getMiddle(ListNode head) {
        ListNode slow = head;
        ListNode fast = head.next;
        while (fast != null && fast.next != null) {
            slow = slow.next;
            fast = fast.next.next;
        }
        return slow;
    }

    private ListNode merge(ListNode l1, ListNode l2) {
        ListNode dummy = new ListNode(0);
        ListNode current = dummy;

        while (l1 != null && l2 != null) {
            if (l1.val < l2.val) {
                current.next = l1;
                l1 = l1.next;
            } else {
                current.next = l2;
                l2 = l2.next;
            }
            current = current.next;
        }
        current.next = (l1 != null) ? l1 : l2;

        return dummy.next;
    }

    public static void main(String[] args) {
        LinkedListSort sorter = new LinkedListSort();
        ListNode head = new ListNode(4);
        head.next = new ListNode(2);
        head.next.next = new ListNode(1);
        head.next.next.next = new ListNode(3);
        
        ListNode sortedHead = sorter.sortList(head);

        // 打印排序结果
        ListNode current = sortedHead;
        while (current != null) {
            System.out.print(current.val + " ");
            current = current.next;
        }
    }
}

代码解释

ListNode类定义了链表节点。
sortList方法实现了归并排序。
getMiddle方法使用快慢指针找到链表的中间节点。
merge方法合并两个已排序的链表。

在main方法中，我们创建了一个链表，将其传递给排序函数，然后打印排序后的结果。

项目时间规划

为了更直观地展示项目的进度管理，我们将使用甘特图(Gantt chart)。以下是项目任务及其进度的示例：

gantt
    title 链表排序项目进度
    dateFormat  YYYY-MM-DD
    section 准备阶段
    学习链表知识        :a1, 2023-10-01, 10d
    研究排序算法        :after a1  , 10d
    section 实现阶段
    编写归并排序代码    :2023-10-11  , 5d
    编写测试用例        : 5d
    section 优化阶段
    优化性能            :after a2  , 3d