剑指 Offer 35: 复杂链表的复制

[songyy5517]

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。

[songyy5517]

思路1：分治法&哈希表存储节点对（以空间换时间）

1. 异常处理
2. 定义链表指针和哈希表
3. 复制复杂链表的next部分，并将节点对保存至哈希表中（一般链表的复制：设置伪头节点指向真正的头节点）
4. 根据哈希表，复制复杂链表的random部分
5. 返回新链表的头节点

复杂度分析：

• 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。

[songyy5517]

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

    public Node(int val) {
        this.val = val;
        this.next = null;
        this.random = null;
    }
}
*/
class Solution {
    public Node copyRandomList(Node head) {
        // 1. 异常处理
        if (head == null)
            return null;

        // 2. 定义链表指针和哈希表
        Node cur = head;
        HashMap<Node, Node> node_table = new HashMap();

        // 3. 将链表中的节点复制一份到哈希表中
        while(cur != null){
            node_table.put(cur, new Node(cur.val));  //！ 
            cur = cur.next;
        }

        // 3. 同时复制链表的next和random部分
        cur = head;
        while(cur != null){
            node_table.get(cur).next = node_table.get(cur.next); 
            node_table.get(cur).random = node_table.get(cur.random);
            cur = cur.next;
        }

        // 4. 返回新链表的头节点
        return node_table.get(head);
    }
}

[songyy5517]

思路2：拼接 & 拆分

1. 异常处理；
2. 定义链表指针；
3. 第一次遍历：在每个节点后拷贝相同节点；
4. 第二次遍历：拷贝新链表的random值；
5. 第三次遍历：拆分链表，将整个大链表拆分成新旧两个链表；
6. 返回新链表。

复杂度分析：

• 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。

[songyy5517]

import java.util.*;
/*
public class RandomListNode {
    int label;
    RandomListNode next = null;
    RandomListNode random = null;

    RandomListNode(int label) {
        this.label = label;
    }
}
*/

public class Solution {
    public RandomListNode Clone(RandomListNode pHead) {
        // 思路：拷贝节点 & 拆分链表
        // 1. 异常处理
        if (pHead == null)
            return null;

        // 2. 在原链表的每个节点后拷贝该节点（A-B -> A-A'-B-B'）
        RandomListNode p = pHead;
        while (p != null) {
            RandomListNode new_Node = new RandomListNode(p.label);
            new_Node.next = p.next;
            p.next = new_Node;
            p = new_Node.next;
        }

        // 3. 完成新链表random部分的拷贝
        p = pHead;
        while (p != null){
            if (p.random != null)
                p.next.random = p.random.next;
            p = p.next.next;
        }

        // 4. 完成新链表next部分的拷贝并拆分两个链表
        RandomListNode raw = pHead;
        RandomListNode new_head = pHead.next;
        p = pHead.next;
        while (raw != null) {  
            // 先拆分出原链表（断掉第一根连接）
            raw.next = raw.next.next;
            raw = raw.next;

            // 拆分新链表（断掉第二根连接）
            if (p.next != null)
                p.next = p.next.next;
            p = p.next;    
        }

        return new_head;
    }
}

[songyy5517]

2023/2/2

1. 拆分链表时，更新当前指针不能直接用cur.next，因为cur.next已经改变

2024/1/13

1. 拷贝新链表next部分时，需要将两根链表分干净。（wrong,cannot used original node of list）