LeetCode 138：复制带随机指针的链表

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一、题目形容

给你一个长度为 n 的链表，每个节点蕴含一个额定减少的随机指针 random，该指针能够指向链表中的任何节点或空节点。

结构这个链表的深拷贝。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可能示意雷同的链表状态。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示意输出 / 输入中的链表。每个节点用一个 [val, random_index] 示意：

val：一个示意 Node.val 的整数。

random_index：随机指针指向的节点索引（范畴从 0 到 n-1）；如果不指向任何节点，则为  null。

你的代码 只 承受原链表的头节点 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

输出：head = [[7,null],[13,0],[11,4],[10,2],[1,0]]
输入：[[7,null],[13,0],[11,4],[10,2],[1,0]]

三、思路

额定空间复杂度为 O(1) 的写法

1、在原链表每个节点前面，复制一个新的节点，并连到老节点前面

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、拆散新老节点

额定空间复杂度为 O(N) 的写法

1、应用 Map 存储新老节点，Key：老节点，Value：新节点

2、结构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

额定空间复杂度为 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前面
    // 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) {
        // 标记原链表中以后节点的 next 节点
        next = current.next;
        // 在原链表以后节点的前面插入新节点
        current.next = new Node(current.val);
        // 调整新插入节点的 next 节点
        current.next.next = next;
        // 以后节点后移
        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;
        // 标记原链表中以后节点的 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;
        // 以后节点后移
        current = next;
    }

    // 3. 拆散新老节点
    current = head;
    // 记录新链表的头节点
    Node res = head.next;
    while (current != null) {
        // 新节点
        copy = current.next;
        // 标记原链表中以后节点的 next 节点
        next = current.next.next;
        // 以后节点的 next 节点指向原链表中以后节点的 next 节点（行将老节点的援用调整回去）current.next = next;
        // 新节点的 next 节点指向 原链表中以后节点 next 节点 的 next 节点（即抽出新节点的援用）copy.next = next != null ? next.next : null;
        // 以后节点后移
        current = next;
    }

    // 返回新链表的头节点
    return res;
}

额定空间复杂度为 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) {
        // 结构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、测试后果

额定空间复杂度为 O(1) 的写法

额定空间复杂度为 O(N) 的写法

从 LeetCode 官网的测试后果能够看出，执行用时没有差距，内存耗费（即额定空间复杂度）的差距就很显著了，一个战胜 99.94% 的用户，一个只战胜了 48.64% 的用户。