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LeetCode

题目描述

请实现 copyRandomList 函数，复制一个复杂链表。在复杂链表中，每个节点除了有一个 next 指针指向下一个节点，还有一个 random 指针指向链表中的任意节点或者 null。

示例 1：

输入：head = [[7,null],[13,0],[11,4],[10,2],[1,0]]
输出：[[7,null],[13,0],[11,4],[10,2],[1,0]]

示例 2：

输入：head = [[1,1],[2,1]]
输出：[[1,1],[2,1]]

示例 3：

输入：head = [[3,null],[3,0],[3,null]]
输出：[[3,null],[3,0],[3,null]]

示例 4：

输入：head = []
输出：[]

解释：给定的链表为空（空指针），因此返回 null。

解题思路

方法一：哈希表法

利用哈希表的查询特点，考虑构建 原链表节点 和 新链表对应节点 的键值对映射关系，再遍历构建新链表各节点的 next 和 random 引用指向即可。

1. 若头节点 head 为空节点，直接返回 null ；
2. 初始化： 哈希表 dic ， 节点 cur 指向头节点；
3. 复制链表：
   1. 建立新节点，并向 dic 添加键值对 (原 cur 节点, 新 cur 节点） ；
   2. cur 遍历至原链表下一节点；
4. 构建新链表的引用指向：
   1. 构建新节点的 next 和 random 引用指向；
   2. cur 遍历至原链表下一节点；
5. 返回值： 新链表的头节点 dic[cur] ；

/*
// Definition for a Node.
class Node {
public:
    int val;
    Node* next;
    Node* random;

    Node(int _val) {
        val = _val;
        next = NULL;
        random = NULL;
    }
};
*/
class Solution {
public:
    Node* copyRandomList(Node* head) {
        if(head==nullptr) return head;
        Node* cur = head;
        unordered_map<Node*,Node*> mp;
        while(cur!=nullptr){
            mp[cur] = new Node(cur->val);
            cur = cur->next;
        }
        cur = head;
        while(cur!=nullptr){
            mp[cur]->next = mp[cur->next];
            mp[cur]->random = mp[cur->random];
            cur = cur->next;
        }
        return mp[head];
    }
};

• 时间复杂度 O(N)： 两轮遍历链表，使用 O(N) 时间。
• 空间复杂度 O(N) ： 哈希表 dic 使用线性大小的额外空间。

  方法二：拼接 + 拆分

  第一步，在每个节点的后面插入复制的节点。

第二步，对复制节点的 random 链接进行赋值。

第三步，拆分。

/*
// Definition for a Node.
class Node {
public:
    int val;
    Node* next;
    Node* random;

    Node(int _val) {
        val = _val;
        next = NULL;
        random = NULL;
    }
};
*/
class Solution {
public:
    Node* copyRandomList(Node* head) {
        if(head==nullptr) return head;
        Node *cur =head;
        // 1. 复制各节点，并构建拼接链表
        while(cur){
            Node* temp = new Node(cur->val);
            temp->next = cur->next;
            cur->next = temp;
            cur = temp->next;
        }
        cur = head;
        // 2. 构建各新节点的 random 指向
        while(cur!=nullptr){
            if(cur->random!=nullptr){
                cur->next->random = cur->random->next;
            }
            cur = cur->next->next;
        }
        // 3. 拆分两链表
        cur = head->next;
        Node* pre = head, *res = head->next;
        while(cur->next!=nullptr){
            pre->next = cur->next;
            pre = pre->next;
            cur->next = pre->next;
            cur = cur->next;
        }
        // 单独处理原链表尾节点
        pre->next = nullptr;
        return res;
    }
};

• 时间复杂度 O(N) ： 三轮遍历链表，使用 O(N) 时间。
• 空间复杂度 O(1) ： 节点引用变量使用常数大小的额外空间。