复制带随机指针的链表

LeetCode 138：复制带随机指针的链表

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一、题目描述

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。

节点定义：

class Node {
    int val;
    Node next;
    Node random;

    public Node(int val) {
        this.val = val;
        this.next = null;
        this.random = null;
    }
}

二、示例

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]]

三、思路

额外空间复杂度为O(1)的写法

1、在原链表每个节点后面，复制一个新的节点，并连到老节点后面

即：

复制前：1 -> 2 -> 3，

复制后：1 -> 1\` -> 2 -> 2\` -> 3 -> 3\`

2、将原节点random指针的关系，在新节点中复制一份

3、分离新老节点

额外空间复杂度为O(N)的写法

1、使用Map存储新老节点，Key：老节点，Value：新节点

2、构造老节点对应的新节点

3、调整新节点的next指针、调整新节点的random指针

四、源码

额外空间复杂度为O(1)的写法

/**
 * @author Java和算法学习：周一
 */
public Node copyRandomList(Node head) {
    if (head == null) {
        return null;
    }

    // 1.将新节点插入到老节点后面
    // 调整前：1 -> 2 -> 3 -> null，调整后：1 -> 1` -> 2 -> 2` -> 3 -> 3` -> null
    Node current = head;
    Node next = null;
    while (current != null) {
        // 标记原链表中当前节点的next节点
        next = current.next;
        // 在原链表当前节点的后面插入新节点
        current.next = new Node(current.val);
        // 调整新插入节点的next节点
        current.next.next = next;
        // 当前节点后移
        current = next;
    }

    // 2.调整新插入节点的random指针
    Node copy = null;
    current = head;
    while (current != null) {
        // 新节点
        copy = current.next;
        // 标记原链表中当前节点的next节点
        next = current.next.next;
        // 调整新节点的random节点
        copy.random = current.random != null ? current.random.next : null;
        // 当前节点后移
        current = next;
    }

    // 3.分离新老节点
    current = head;
    // 记录新链表的头节点
    Node res = head.next;
    while (current != null) {
        // 新节点
        copy = current.next;
        // 标记原链表中当前节点的next节点
        next = current.next.next;
        // 当前节点的next节点指向原链表中当前节点的next节点（即将老节点的引用调整回去）
        current.next = next;
        // 新节点的next节点指向 原链表中当前节点next节点 的next节点（即抽出新节点的引用）
        copy.next = next != null ? next.next : null;
        // 当前节点后移
        current = next;
    }

    // 返回新链表的头节点
    return res;
}

额外空间复杂度为O(N)的写法

/**
 * @author Java和算法学习：周一
 */
public Node copyRandomListByMap(Node head) {
    // Key：老节点，Value：新节点
    HashMap<Node, Node> map = new HashMap<>();
    Node current = head;
    while (current != null) {
        // 构造老节点对应的新节点
        map.put(current, new Node(current.val));
        current = current.next;
    }

    current = head;
    while (current != null) {
        // 调整新节点的next指针
        map.get(current).next = map.get(current.next);
        // 调整新节点的random指针
        map.get(current).random = map.get(current.random);
        current = current.next;
    }

    return map.get(head);
}

五、测试结果

额外空间复杂度为O(1)的写法

额外空间复杂度为O(N)的写法

从LeetCode官方的测试结果可以看出，执行用时没有差距，内存消耗（即额外空间复杂度）的差距就很明显了，一个打败 99.94% 的用户，一个只打败了 48.64% 的用户。