[剑指offer] 复杂链表的复制

题目

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。

提示：

-10000 <= Node.val <= 10000
Node.random 为空（null）或指向链表中的节点。
节点数目不超过 1000 。

分析(主要参考Krahets的题解

我们复制一般的链表是这么做的

class Solution {
    public Node copyRandomList(Node head) {
        Node cur = head;
        Node dum = new Node(0), pre = dum;
        while(cur != null) {
            Node node = new Node(cur.val); // 复制节点 cur
            pre.next = node;               // 新链表的 前驱节点 -> 当前节点
            // pre.random = "???";         // 新链表的 「 前驱节点 -> 当前节点 」 无法确定
            cur = cur.next;                // 遍历下一节点
            pre = node;                    // 保存当前新节点
        }
        return dum.next;
    }
}

出现的问题（即注释掉的语句）主要是，我们的链表节点是一个一个建立起来的，如图

我们建立哨兵节点0后，建立第一个节点7，但是7后面的元素都还没构造出来，所以cur.random实际上是节点7调用Node构造函数的时候默认初始化的null，故输出凡是涉及到random，全是null。

题解1：使用哈希表

先用map建立和原复杂链表一样的链表，遍历新的链表（前后节点都已经建立好了），明确random的指向

// 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) {
        if(head == null) return null;
        //从头遍历，将
        Node cur = head;
        Map<Node, Node> hMap= new HashMap<>();
        //复制各节点，建立原节点->新节点的map映射
        while(cur != null){
            hMap.put(cur, new Node(cur.val));
            cur = cur.next;
        }
        //将cur重新放回头部
        cur = head;
        //构建新链表的next和random指向
        while(cur != null){
            hMap.get(cur).next = hMap.get(cur.next);
            hMap.get(cur).random = hMap.get(cur.random);
            cur = cur.next;
        }
        //返回新链表的头结点
        return hMap.get(head);
    }
}

题解2 拼接+拆分

将新节点拼接在老节点后（eg.1->2->3 变为1->new_1->2-> new_2->3->new_3），明确random指向，返回拆分后的链表

class Solution {
    public Node copyRandomList(Node head) {
        if(head == null) return null;
        //从头遍历，将
        Node cur = head;
        //1.复制节点，构建拼接链表
        while(cur != null){
            Node tmp = new Node(cur.val);
            tmp.next = cur.next;
            cur.next = tmp;
            cur = tmp.next;
        }
        //2.构建各节点的random指向
        cur = head;
        while(cur != null){
            if(cur.random != null)//防止出现null.next抛出空指针异常，为空的情况不用特殊处理，因为新节点构造时默认初始化的random已经是null了。
                cur.next.random = cur.random.next;//cur.random非空的情况，新节点的random应该等于原来random的下一位
            cur = cur.next.next;//cur移动两位，指向原链表节点的下一位。
        }
        //3.拆分两链表
        cur = head.next;
        Node pre = head, res = head.next;
        while(cur.next != null){
            pre.next = pre.next.next;
            cur.next = cur.next.next;
            pre = pre.next;
            cur = cur.next;
        }
        pre.next = null;//单独处理原链表表尾节点
        return res;//返回新链表头节点
    }
}