随机链表的复制

BraumAce2024年8月28日约 1011 字大约 3 分钟

给你一个长度为 n 的链表，每个节点包含一个额外增加的随机指针 random ，该指针可以指向链表中的任何节点或空节点。

构造这个链表的 深拷贝。深拷贝应该正好由 n 个全新节点组成，其中每个新节点的值都设为其对应的原节点的值。新节点的 next 指针和 random 指针也都应指向复制链表中的新节点，并使原链表和复制链表中的这些指针能够表示相同的链表状态。复制链表中的指针都不应指向原链表中的节点 。

例如，如果原链表中有 X 和 Y 两个节点，其中 X.random --> Y。那么在复制链表中对应的两个节点 x 和 y ，同样有 x.random --> y 。

返回复制链表的头节点。

用一个由 n 个节点组成的链表来表示输入/输出中的链表。每个节点用一个 [val, random_index] 表示：

val：一个表示 Node.val 的整数。
random_index：随机指针指向的节点索引（范围从 0 到 n-1）；如果不指向任何节点，则为 null 。
你的代码只接受原链表的头节点 head 作为传入参数。

思路一：哈希表

对于数据结构复制，记住最简单的方式：一个哈希表 + 两次遍历。

第一次遍历专门克隆节点，借助哈希表把原始节点和克隆节点的映射存储起来；第二次专门组装节点，照着原数据结构的样子，把克隆节点的指针组装起来。

题目如果让你克隆带随机指针的二叉树，或者克隆图，都是一样的，只不过是遍历的方式从 for 循环迭代遍历变成 traverse 递归函数遍历罢了。

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

代码：

class Solution {
    public Node copyRandomList(Node head) {
        if (head == null) return null;

        Node cur = head;
        Map<Node, Node> map = new HashMap<>();

        // 第一次复制，并建立 “原节点 -> 新节点” 的 Map 映射
        while(cur != null) {
            map.put(cur, new Node(cur.val));
            cur = cur.next;
        }
        cur = head;

        // 第二次复制，构建新链表的 next 和 random 指向
        while(cur != null) {
            map.get(cur).next = map.get(cur.next);
            map.get(cur).random = map.get(cur.random);
            cur = cur.next;
        }

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

思路二：拼接 + 拆分

相比于使用哈希表，这种做法可以降低空间复杂度

考虑构建 原节点 1 -> 新节点 1 -> 原节点 2 -> 新节点 2 -> …… 的拼接链表，如此便可在访问原节点的 random 指向节点的同时找到新对应新节点的 random 指向节点。

构建拼接链表
复制 random 指针：当访问原节点 p 的随机指向节点 p.random 时，对应新节点 q.next 的随机指向节点为 p.random.next 。
拆分两个链表：设置 p / cur 分别指向原 / 新链表头节点，遍历执行 p.next = p.next.next 和 cur.next = cur.next.next 将两链表拆分开。
返回新链表的头节点 dummy.next 即可。

class Solution {
    public Node copyRandomList(Node head) {
        
        // 复制每个节点，并将原链表和复制链表连在一起。
        for(Node p = head; p != null; p = p.next.next)  
        {
            Node q = new Node(p.val);
            q.next = p.next;
            p.next = q;
        }

        // 复制random指针
        for(Node p = head; p != null; p = p.next.next)   
        {
            if(p.random != null)
              p.next.random = p.random.next;
        }

        //拆分两个链表，并复原原链表
        Node dummy = new Node(-1), cur = dummy;
        for(Node p = head; p != null; p = p.next)
        {
            Node q = p.next;
            cur = cur.next = q;
            p.next = q.next;
        }

        return dummy.next;
    }
}

随机链表的复制

随机链表的复制

题意

思路一：哈希表

思路二：拼接 + 拆分