面试经典150题：01 – 合并两个有序数组

给你两个按非递减顺序排列的整数数组nums1和nums2，另有两个整数m和n，分别表示nums1和nums2中的元素数目。

请你合并nums2到nums1中，使合并后的数组同样按非递减顺序排列。

注意：最终，合并后数组不应由函数返回，而是存储在数组nums1中。为了应对这种情况，nums1的初始长度为m + n，其中前m个元素表示应合并的元素，后n个元素为0，应忽略。nums2的长度为n。

示例1

输入：nums1 = [1,2,3,0,0,0], m = 3, nums2 = [2,5,6], n = 3
输出：[1,2,2,3,5,6]
解释：需要合并 [1,2,3] 和 [2,5,6] 。
合并结果是 [1,2,2,3,5,6] 。

示例2

输入：nums1 = [1], m = 1, nums2 = [], n = 0
输出：[1]
解释：需要合并 [1] 和 [] 。
合并结果是 [1] 。

示例3

输入：nums1 = [0], m = 0, nums2 = [1], n = 1
输出：[1]
解释：需要合并的数组是 [] 和 [1] 。
合并结果是 [1] 。
注意，因为 m = 0 ，所以 nums1 中没有元素。nums1 中仅存的 0 仅仅是为了确保合并结果可以顺利存放到 nums1 中。

提示

• nums1.length == m + n
• nums2.length == n
• 0 <= m, n <= 200
• 1 <= m + n <= 200
• -109 <= nums1[i], nums2[j] <= 109

进阶

你可以设计实现一个时间复杂度为 O(m + n) 的算法解决此问题吗？

方法一：直接合并后排序

class Solution:
    def merge(self, nums1: List[int], m: int, nums2: List[int], n: int) -> None:
        """
        Do not return anything, modify nums1 in-place instead.
        """
        nums1[m:] = nums2
        nums1.sort()

复杂度分析

1、时间复杂度：O((m+n)log⁡(m+n))。
排序序列长度为 m+n，套用快速排序的时间复杂度即可，平均情况为 O((m+n)log⁡(m+n))。

2、空间复杂度：O(log⁡(m+n))。
排序序列长度为 m+n，套用快速排序的空间复杂度即可，平均情况为 O(log⁡(m+n))。

方法二：双指针

class Solution:
    def merge(self, nums1: List[int], m: int, nums2: List[int], n: int) -> None:
        """
        Do not return anything, modify nums1 in-place instead.
        """
        sorted = []
        p1, p2 = 0, 0
        while p1 < m or p2 < n:
            if p1 == m:
                sorted.append(nums2[p2])
                p2 += 1
            elif p2 == n:
                sorted.append(nums1[p1])
                p1 += 1
            elif nums1[p1] < nums2[p2]:
                sorted.append(nums1[p1])
                p1 += 1
            else:
                sorted.append(nums2[p2])
                p2 += 1
        nums1[:] = sorted

复杂度分析

1、时间复杂度：O(m+n)。
指针移动单调递增，最多移动m+n次，因此时间复杂度为 O(m+n)。

2、空间复杂度：O(m+n)。
需要建立长度为m+n的中间数组sorted。

方法三：逆向双指针

class Solution:
    def merge(self, nums1: List[int], m: int, nums2: List[int], n: int) -> None:
        """
        Do not return anything, modify nums1 in-place instead.
        """
        p1, p2 = m - 1, n - 1
        tail = m + n - 1
        while p1 >= 0 or p2 >= 0:
            if p1 == -1:
                nums1[tail] = nums2[p2]
                p2 -= 1
            elif p2 == -1:
                nums1[tail] = nums1[p1]
                p1 -= 1
            elif nums1[p1] > nums2[p2]:
                nums1[tail] = nums1[p1]
                p1 -= 1
            else:
                nums1[tail] = nums2[p2]
                p2 -= 1
            tail -= 1

复杂度分析

1、时间复杂度：O(m+n)。
指针移动单调递减，最多移动m+n次，因此时间复杂度为 O(m+n)。

2、空间复杂度：O(1)。
直接对数组 nums1原地修改，不需要额外空间。