剑指 Offer 35. 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 。

来源：力扣（LeetCode）
链接：​​​https://leetcode-cn.com/problems/fu-za-lian-biao-de-fu-zhi-lcof​​

解题思路

本题的意思其实就是实现一个链表的深度复制,这个链表的节点包含了next和random两个指针

使用原地算法,基本步骤分为三步:

• 简单复制一个新的节点,这一步只复制节点的val,并不复制节点的random,并把复制的节点放在原节点之后,比如原链表为1 -> 2 -> 3 -> null,复制后为1 -> 1’ -> 2 -> 2’ -> 3 -> 3’ -> null

• 创建一个节点new Node(val)
• 复制节点的next指向原节点的next
• 原节点的next指向复制节点

• 完善复制节点的random指向的复制
• 把复制的链表一分为二, 即复制链表为1 -> 1’ -> 2 -> 2’ -> 3 -> 3’ -> null ,拆分为原链表1 -> 2 -> 3 -> null和复制链表1’ -> 2’ -> 3’ -> null
• 返回复制链表即可

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) {
        // 特殊判断
        if (head == null) {
            return null;
        }

        // 简单复制节点数据,并不复制节点的random
        // 1 -> 2 -> 3 -> null
        // 1 -> 1' -> 2 -> 2' -> 3 -> 3' -> null 
        Node cur = head;
        while (cur != null) {
            // 创建一个复制节点
            Node copyNode = new Node(cur.val);
            // 复制节点的next指向原节点的next
            copyNode.next = cur.next;
            // 原节点的next指向复制节点
            cur.next = copyNode;
            // 当前节点指针后移为复制直接的next
            cur = copyNode.next;
        }

        // 复制节点的random
        cur = head;
        while (cur != null) {
            // 当前节点random指针不为空
            if (cur.random != null) {
                // 当前节点的下一个节点,也就是复制节点的random
                // 指向当前节点的random指向的下一个节点,也就是复制节点
                cur.next.random = cur.random.next;
            }
            // 指针后移
            cur = cur.next.next;
        }

        // 把链表一分为二,拆分成原链表和复制链表
        // 1 -> 1' -> 2 -> 2' -> 3 -> 3' -> null 
        // 1 -> 2 -> 3 -> null
        // 1' -> 2' -> 3' -> null
        cur = head;
        // 复制链表的头结点
        Node newHead = head.next;
        Node copyCur = newHead;
        while (cur != null) {
            // 指针后移
            cur.next = cur.next.next;
            cur = cur.next;
            // 判断复制节点的下一个节点是否为空
            if (copyCur.next != null) {
                // 指针后移
                copyCur.next = copyCur.next.next;
                copyCur = copyCur.next;
            }
        }
        return newHead;
    }
}

复杂度

• 时间复杂度:O(n),循环迭代链表3n次
• 空间复杂度:O(1),额外指针占用常数级额外空间