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這是我的leetcode解決方案的正確時間復雜度:將k個排序的鏈表合并為1個排序的串列嗎?

2022-03-22 19:00:28 作業系統

挑戰:

You are given an array of k linked-lists lists, each linked-list is sorted in ascending order.
Merge all the linked-lists into one sorted linked-list and return it.

我將把我的代碼放在下面,但簡要介紹一下我的解決方案:

  • 為原始陣列中的每個串列創建一個包含節點的排序雙向鏈表,其中每個節點包含頭節點的值和該節點所在的陣列索引
  • 在雙向鏈表頭節點指示的索引處彈出單鏈表頭節點,并附加到結果串列的尾部
  • 洗掉雙向鏈表的頭部并插入一個新節點,表示剛剛彈出的串列的新頭部
  • 一直持續到雙向鏈表為空

我認為這實際上不是一種非常有效的方法。在最壞的情況下,將一個節點插入雙向鏈表是 O(k)。每次從一個單鏈表中彈出一個節點時,我都會在串列中插入一個新節點,所以如果 n 是每個單鏈表的平均長度,那不會使我的整體時間復雜度 O(k * (k*n)) = O(nk^2)?如果是這樣,我想知道我如何沒有超過這些限制的時間限制:

k == lists.length
0 <= k <= 10^4
0 <= lists[i].length <= 500
-10^4 <= lists[i][j] <= 10^4

無論如何,這是我的(Typescript)代碼,其中包含運行所需的所有驅動程式功能:

// nodes of the singly-linked lists given by the challenge
class ListNode {
    val: number
    next: ListNode | null
    constructor(val?: number, next?: ListNode | null) {
        this.val = (val === undefined ? 0 : val)
        this.next = (next === undefined ? null : next)
    }
}

// nodes for the doubly-linked list I used to keep track of what order
// in which to pop from the singly-linked lists
class OrderNode {
    headVal: number
    listIndex: number
    next: OrderNode | null
    prev: OrderNode | null
    constructor(val: number, i: number, next: OrderNode | null, prev: OrderNode | null) {
        this.headVal = val
        this.listIndex = i
        this.next = next === undefined ? null : next
        this.prev = prev === undefined ? null : prev
    }
}

// typescript bs
function nullFilter<TValue>(value: TValue | null | undefined): value is TValue {
    if (value === null || value === undefined) return false
    const test: TValue = value
    return true
}

// main function
function mergeKLists(lists: Array<ListNode | null>): ListNode | null {
    const filtered = lists.filter(nullFilter)
    if (!filtered.length) return null

    // create initial doubly-linked list
    let order: OrderNode = insert(null, filtered[0], 0)
    for (let i = 1; i < filtered.length; i  ) {
        order = insert(order, filtered[i], i)
    }
    let remaining: OrderNode | null = order

    // set up initial variables for while loop
    const firstI = remaining.listIndex
    const firstNode = filtered[firstI]
    let head: ListNode | null = push(null, firstNode)
    let tail: ListNode | null = head
    const firstInsert = shiftList(filtered, firstI)
    remaining = shiftOrder(remaining)
    if (firstInsert) {
        remaining = insert(remaining, firstInsert, firstI)
    }
    // main while loop
    while (remaining) {
        const i = remaining.listIndex
        // get node to push to end of result list
        const pushNode = filtered[i]
        // shift that node and get the new head
        const newHead = shiftList(filtered, i)
        // shift the head of the order list
        remaining = shiftOrder(remaining)
        // if there are nodes left in the popped list, add the new head to the order list
        if (newHead) {
            remaining = insert(remaining, newHead, i)
        }
        tail = push(tail, pushNode)
    }
    return head
}

// push a node to the end of the result list
function push(tail: ListNode | null, node: ListNode): ListNode {
    const newNode = new ListNode(node.val, null)
    if (tail) {
        tail.next = newNode
    }
    return newNode
}

// insert a new node into the sorted list keeping track of order
function insert(head: OrderNode | null, node: ListNode, i: number): OrderNode {
    const newNode = new OrderNode(node.val, i, null, null)
    if (!head) {
        return newNode
    } else {
        if (node.val <= head.headVal) {
            head.prev = newNode
            newNode.next = head
            return newNode
        } else {
            let temp: OrderNode | null = head
            let prev: OrderNode | null = null
            while (temp) {
                if (temp.headVal >= node.val) break
                prev = temp
                temp = temp.next
            }
            prev = prev as OrderNode
            if (temp) {
                prev.next = newNode
                newNode.prev = prev
                newNode.next = temp
                temp.prev = newNode
                return head
            } else {
                prev.next = newNode
                newNode.prev = prev
                return head
            }
        }
    }
}

// shift the head from the order list
function shiftOrder(head: OrderNode | null): OrderNode | null {
    if (head) {
        if (head.next) {
            const newHead = head.next
            newHead.prev = null
            return newHead
        } else {
            return null
        }
    } else {
        return null
    }
}

// shift a node from one of the given lists, and return the new head
function shiftList(lists: Array<ListNode | null>, i: number): ListNode | null {
    let currentHead = lists[i]
    if (currentHead) {
        lists[i] = currentHead.next
        return lists[i]
    } else {
        return null
    }
}

// driver code
const input: number[][] = [
    [1, 4, 5],
    [1, 3, 4],
    [2, 6],
]
const lists = input.map(array => {
    let next = null
    for (let i = array.length - 1; i >= 0; i--) {
        next = new ListNode(array[i], next)
    }
    return next
})

let result = mergeKLists(lists)
while (result) {
    process.stdout.write(`${result.val} -> `)
    result = result.next
}

uj5u.com熱心網友回復:

至少有兩種“計算機科學”方法可以做到這一點:

  • 使用堆而不是雙向鏈表,它允許您彈出(并重新插入1)在其頭節點中具有最小值的串列。


    1如果堆實作提供了替換(交換)方法,則使用該方法代替單獨的彈出和推送操作。
  • 成對合并串列,因此串列的數量會減少(同時它們的大小會增加),直到只剩下一個串列。為了提高效率,這應該通過分治演算法(遞回)來完成,每次通過將串列陣列分成兩半來解決合并問題,直到只剩下一個串列作為基本情況。然后——在回溯時——對從遞回回傳的兩個串列執行合并。

我將在可運行的 JavaScript 片段中演示第二個解決方案:

class ListNode {
    constructor(val, next=null) {
        this.val = val;
        this.next = next;
    }
}

// main function
function mergeKLists(lists) {
    // Divide and conquer
    if (lists.length < 2) return lists[0]; // Base case
    const i = lists.length >> 1; // Half
    const pair = [mergeKLists(lists.slice(0, i)), mergeKLists(lists.slice(i))];
    // Merge pair of non-empty lists:
    const head = popLeast(pair);
    let tail = head;
    while (pair[0] && pair[1]) {
        tail = tail.next = popLeast(pair);
    }
    tail.next = pair[0] ?? pair[1]; // Attach the remainder
    return head;
}

function popLeast(pair) {
    const i = pair[0].val < pair[1].val ? 0 : 1;
    const least = pair[i];
    pair[i] = least.next;
    return least;
}

// Helper functions for I/O
function stringify(head) {
    const nodes = [];
    while (head) {
        nodes.push(head.val);
        head = head.next;
    }
    return nodes.join(" -> ");
}

function createList(values) {
    let head = null;
    for (const val of values.reverse()) {
        head = new ListNode(val, head);
    }
    return head;
}

// driver code
const lists = [
    [1, 4, 5],
    [1, 3, 4],
    [2, 6],
].map(createList);

const result = mergeKLists(lists);

console.log(stringify(result));

這比使用雙向鏈表的解決方案具有更好的時間復雜度:它是 O(nklogk) 而不是 O(nk2)。

應該提到的是,當您將所有內容轉換為陣列并對其執行排序時,JavaScript 非常快。但是這種練習旨在以最少的空間使用來解決(不包括您需要創建或列印串列的部分)

uj5u.com熱心網友回復:

正如 trincot 的回答中所述,這是一個堆版本。

class ListNode {
    constructor(val, next=null) {
        this.val = val;
        this.next = next;
    }
}

function mergeKLists(lists) {
    var k = lists.length;
    heap(lists);                        // convert to min heap
    const head = lists[0];              // merged list = list[0]
    var tail = head;
    while (true) {
        lists[0] = lists[0].next;       // lists[0] = next node
        if (lists[0] == null) {         // if end of lists[0]
            if(--k == 0)                //  reduce heap size
                break;
            lists[0] = lists[k];        //  lists[0] = last list
        }
        sift(lists, 0, k);              // fix heap
        tail = tail.next = lists[0];    // append node to merged list
    }
    return head;
}

function heap(lists) {                  // convert lists to min heap
    var i = (lists.length-1)/2;
    while (i >= 0) {
        sift(lists, i, lists.length);
        i--;
    }
}

function sift(lists, i, k) {            // sift lists[i] down 
    var m = i;
    while (true) {
        i = m;
        var l = 2*i 1;
        var r = 2*i 2;
        if(l < k && lists[l].val < lists[i].val)
            m = l;
        if(r < k && lists[r].val < lists[m].val)
            m = r;
        if(m == i)
            break;
        [lists[i], lists[m]] = [lists[m], lists[i]];
    }
}

// Helper functions for I/O
function stringify(head) {
    const nodes = [];
    while (head) {
        nodes.push(head.val);
        head = head.next;
    }
    return nodes.join(" -> ");
}

function createList(values) {
    let head = null;
    for (var val of values.reverse()) {
        head = new ListNode(val, head);
    }
    return head;
}

// driver code
const lists = [
    [1, 4, 5],
    [1, 3, 4],
    [2, 6],
].map(createList);

const result = mergeKLists(lists);

console.log(stringify(result));
    

非遞回成對合并版本,使用小陣列 ar[] 而不是堆疊,其中 ar[i] == null 或 ar[i] = 2^i 個串列的合并。

class ListNode {
    constructor(val, next=null) {
        this.val = val;
        this.next = next;
    }
}

function mergeKLists(lists) {
    if (lists.length < 2) return lists[0];
    const sz = Math.ceil(Math.log2(lists.length 1));
    const ar = new Array(sz).fill(null);
    var   mg = null;
    var i, j;
    for (j = 0; j < lists.length; j  ) {
        // merge lists[j] into ar[]
        mg = lists[j];
        for (i = 0; ar[i] != null; i  ) {
            mg = merge(ar[i], mg);
            ar[i] = null;
        }
        ar[i] = mg;
    }
    // merge ar[] into single list
    for (i = 0; ar[i] == null; i  );
    mg = ar[i];
    for (  i ; i < sz; i  )
        if (ar[i] != null)
            mg = merge(ar[i], mg);
    return mg;
}

function merge(l0, l1) {
    var pair = [l0, l1];
    var head = popLeast(pair);
    var tail = head;
    while (pair[0] && pair[1])
        tail = tail.next = popLeast(pair);
    tail.next = pair[0] ?? pair[1];
    return head;
}

function popLeast(pair) {
    const i = pair[0].val < pair[1].val ? 0 : 1;
    const least = pair[i];
    pair[i] = least.next;
    return least;
}

// Helper functions for I/O
function stringify(head) {
    const nodes = [];
    while (head) {
        nodes.push(head.val);
        head = head.next;
    }
    return nodes.join(" -> ");
}

function createList(values) {
    let head = null;
    for (const val of values.reverse()) {
        head = new ListNode(val, head);
    }
    return head;
}

// driver code
const lists = [
    [1, 4, 5],
    [1, 3, 4],
    [2, 6],
].map(createList);

const result = mergeKLists(lists);

console.log(stringify(result));

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/caozuo/446399.html

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    作者:袁首京 原創文章,轉載時請保留此宣告,并給出原文連接。 如果您是計算機相關從業人員,那么應該經歷不止一次網路安全專項檢查了,你肯定是收到過資訊系統技術檢測報告,要求你加強風險監測,確保你提供的系統服務堅實可靠了。 沒檢測到問題還好,檢測到問題的話,有些處理起來還是挺麻煩的,尤其是線上正在運行的 ......

    uj5u.com 2023-04-05 16:52:56 more
  • 細節拉滿,80 張圖帶你一步一步推演 slab 記憶體池的設計與實作

    1. 前文回顧 在之前的幾篇記憶體管理系列文章中,筆者帶大家從宏觀角度完整地梳理了一遍 Linux 記憶體分配的整個鏈路,本文的主題依然是記憶體分配,這一次我們會從微觀的角度來探秘一下 Linux 內核中用于零散小記憶體塊分配的記憶體池 —— slab 分配器。 在本小節中,筆者還是按照以往的風格先帶大家簡單 ......

    uj5u.com 2023-04-05 16:44:11 more