随机链表的复制-leetcode

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。

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]]

提示：

• 0 <= n <= 1000
• -104 <= Node.val <= 104
• Node.random 为 null 或指向链表中的节点。

解法一

思路：

首先不管随机节点，进行一轮普通的拷贝，同时采用哈希表记录原始节点与索引，再记录索引与新节点的关系。再次遍历，查看随机节点，找到原始节点的随机节点的索引，根据该索引去寻找新的节点，进行连接。

代码：

/*
// 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) {
        Map<Node,Integer> mapOld = new HashMap<>();
        Map<Integer,Node> mapNew = new HashMap<>();
        Node cur = head;
        Node pre=null;
        Node newHead =new Node(0);
        pre = newHead;
        //创建完成所有的节点
        int item=0;
        while (cur != null) {
            Node newNode = new Node(cur.val);
            mapOld.put(cur,item);
            mapNew.put(item,newNode);
            cur = cur.next;
            pre.next = newNode;
            pre = newNode;
            item++;
        }
        Node curOld = head;
        Node curNew = newHead.next;
        while (curOld != null) {
            if(curOld.random != null) {
                int i=mapOld.get(curOld.random);
                Node tmp=mapNew.get(i);
                curNew.random = tmp;
            }else{
                curNew.random = null;
            }
            curOld=curOld.next;
            curNew=curNew.next;
        }
        return newHead.next;

    }
}

解法二

思路：

来自官方的解答。一个可行方案是，我们利用回溯的方式，让每个节点的拷贝操作相互独立。对于当前节点，我们首先要进行拷贝，然后我们进行「当前节点的后继节点」和「当前节点的随机指针指向的节点」拷贝，拷贝完成后将创建的新节点的指针返回，即可完成当前节点的两指针的赋值。

具体地，我们用哈希表记录每一个节点对应新节点的创建情况。遍历该链表的过程中，我们检查「当前节点的后继节点」和「当前节点的随机指针指向的节点」的创建情况。如果这两个节点中的任何一个节点的新节点没有被创建，我们都立刻递归地进行创建。当我们拷贝完成，回溯到当前层时，我们即可完成当前节点的指针赋值。注意一个节点可能被多个其他节点指向，因此我们可能递归地多次尝试拷贝某个节点，为了防止重复拷贝，我们需要首先检查当前节点是否被拷贝过，如果已经拷贝过，我们可以直接从哈希表中取出拷贝后的节点的指针并返回即可。

代码：

class Solution {
    Map<Node, Node> cachedNode = new HashMap<Node, Node>();

    public Node copyRandomList(Node head) {
        if (head == null) {
            return null;
        }
        if (!cachedNode.containsKey(head)) {
            Node headNew = new Node(head.val);
            cachedNode.put(head, headNew);
            headNew.next = copyRandomList(head.next);
            headNew.random = copyRandomList(head.random);
        }
        return cachedNode.get(head);
    }
}

解法三

思路：

我们首先将该链表中每一个节点拆分为两个相连的节点，例如对于链表 A→B→C，我们可以将其拆分为 A→A′→B→B′→C→C′。对于任意一个原节点 S，其拷贝节点 S′ 即为其后继节点。

这样，我们可以直接找到每一个拷贝节点 S′ 的随机指针应当指向的节点，即为其原节点 S 的随机指针指向的节点 T 的后继节点 T′。需要注意原节点的随机指针可能为空，我们需要特别判断这种情况。

当我们完成了拷贝节点的随机指针的赋值，我们只需要将这个链表按照原节点与拷贝节点的种类进行拆分即可，只需要遍历一次。同样需要注意最后一个拷贝节点的后继节点为空，我们需要特别判断这种情况。

代码：

class Solution {
    public Node copyRandomList(Node head) {
        if (head == null) {
            return null;
        }
        for (Node node = head; node != null; node = node.next.next) {
            Node nodeNew = new Node(node.val);
            nodeNew.next = node.next;
            node.next = nodeNew;
        }
        for (Node node = head; node != null; node = node.next.next) {
            Node nodeNew = node.next;
            nodeNew.random = (node.random != null) ? node.random.next : null;
        }
        Node headNew = head.next;
        for (Node node = head; node != null; node = node.next) {
            Node nodeNew = node.next;
            node.next = node.next.next;
            nodeNew.next = (nodeNew.next != null) ? nodeNew.next.next : null;
        }
        return headNew;
    }
}