11.复制带随机指针的链表

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。

题目链接

https://leetcode-cn.com/problems/copy-list-with-random-pointer/

样例描述

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。

题目说明

1. 深拷贝，将原来链表的val值，next值，random值完全拷贝
2. 保证拷贝后的链表和原来的链表不重叠
3. 原来的链表必须保证原样

思路

暴力：
将val, next, random依次拷贝
发现无法拷贝random
参考资料后，介绍两种方法解决问题。

解法一介绍

思路：

第一步：添加指针，每个新创建的节点是在原节点后面

第二步：设置新链表的随机指针

第三步：分离链表

时间复杂度

O(n)

代码

/*
// Definition for a Node.
class Node {
public:
    int val;
    Node* next;
    Node* random;
    
    Node(int _val) {
        val = _val;
        next = NULL;
        random = NULL;
    }
};
*/

class Solution {
public:
    Node* copyRandomList(Node* head) {
        if (!head) {
            return head;
        }

        Node* front = head;
        Node* behind = front->next;

        // 将复制的结点插到每个结点的后面,包括value
        while (front) {
            Node* n = new Node(NULL, NULL, NULL);
            n->val = front->val;
            n->next = front->next;
            front->next = n;
            front = n->next;
        }

        // 定义要返回的结点
        Node* new_head = head->next;

        // 给复制的random赋值
        front = head;
        behind = front->next;
        while (behind) {
            if (front->random) {
                behind->random = front->random->next;
            }

            if (front->next->next && behind->next->next) {
                front = front->next->next;
                behind = behind->next->next;
            }

            if (!behind->next) {
                if (front->random) {
                    behind->random = front->random->next;
                }
                break;
            }
        }

        // 给复制的next赋值
        front = head;
        behind = front->next;
        while (behind->next) {
            front->next = behind->next;
            front = front->next;
            behind->next = front->next;
            behind = behind->next;
        }
        front->next = NULL;
        behind->next = NULL;

        return new_head;
    }
};

解法2介绍

思路

第一步：创建哈希表，将原来的结点和要克隆的结点(同时克隆val)放入

第二步：克隆next和random

时间复杂度

O(n)

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) {
        if (head == null) {
            return null;
        }

        Map<Node, Node> map = new HashMap<Node, Node>();
        Node p = head;
        // 将所有的结点放入map中
        while (p != null) {
            Node newNode = new Node(p.val);
            map.put(p, newNode);
            p = p.next;
        }

        p = head;
        // 设置新的next和random
        while (p != null) {
            // 设置新的next值
            map.get(p).next = map.get(p.next);

            // 设置新的random值
            if (p.random != null) {
                map.get(p).random = map.get(p.random);
            }

            p = p.next;
        }

        return map.get(head);
    }
}

遇到的问题

问题1：Random pointer of node with label 7 points to a node from the original list.
原因：拷贝random错误

问题2：Next pointer of node with label 7 from the original list was modified.
原因：原来的链表再拷贝时被改变