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0147. 对链表进行插入排序

• 标签：链表、排序
• 难度：中等

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题目大意

描述：给定链表的头节点 head。

要求：对链表进行插入排序。

说明：

• 插入排序算法：
  • 插入排序是迭代的，每次只移动一个元素，直到所有元素可以形成一个有序的输出列表。
  • 每次迭代中，插入排序只从输入数据中移除一个待排序的元素，找到它在序列中适当的位置，并将其插入。
  • 重复直到所有输入数据插入完为止。
• 列表中的节点数在 $[1, 5000]$ 范围内。
• $-5000 \le Node.val \le 5000$。

示例：

• 示例 1：

输入: head = [4,2,1,3]
输出: [1,2,3,4]

• 示例 2：

输入: head = [-1,5,3,4,0]
输出: [-1,0,3,4,5]

解题思路

思路 1：链表插入排序

1. 先使用哑节点 dummy_head 构造一个指向 head 的指针，使得可以从 head 开始遍历。

2. 维护 sorted_list 为链表的已排序部分的最后一个节点，初始时，sorted_list = head。

3. 维护 prev 为插入元素位置的前一个节点，维护 cur 为待插入元素。初始时，prev = head，cur = head.next。

4. 比较 sorted_list 和 cur 的节点值。

   • 如果 sorted_list.val <= cur.val，说明 cur 应该插入到 sorted_list 之后，则将 sorted_list 后移一位。
   • 如果 sorted_list.val > cur.val，说明 cur 应该插入到 head 与 sorted_list 之间。则使用 prev 从 head 开始遍历，直到找到插入 cur 的位置的前一个节点位置。然后将 cur 插入。

5. 令 cur = sorted_list.next，此时 cur 为下一个待插入元素。

6. 重复 4、5 步骤，直到 cur 遍历结束为空。返回 dummy_head 的下一个节点。

思路 1：代码

    def insertionSortList(self, head: ListNode) -> ListNode:
        if not head or not head.next:
            return head
        
        dummy_head = ListNode(-1)
        dummy_head.next = head
        sorted_list = head
        cur = head.next 
        
        while cur:
            if sorted_list.val <= cur.val:
                # 将 cur 插入到 sorted_list 之后
                sorted_list = sorted_list.next 
            else:
                prev = dummy_head
                while prev.next.val <= cur.val:
                    prev = prev.next
                # 将 cur 到链表中间
                sorted_list.next = cur.next
                cur.next = prev.next
                prev.next = cur
            cur = sorted_list.next 
        
        return dummy_head.next

思路 1：复杂度分析

• 时间复杂度：$O(n^2)$。
• 空间复杂度：$O(1)$。