[C/C++]数据结构链表OJ题:随机链表的复制

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 。返回复制链表的头节点。

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 。

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]]

解题思路:

这个题目描述这么长,其实就是说让我们完全复制一个和原链表相同的链表.这个题麻烦的地方是每个结点都有一个随机指针指向链表的随机一个位置.

思路一: (不推荐麻烦)

遍历一遍原链表,先不管结点中random的指向问题,把所有malloc的结点的random指向NULL,复制出一条新链表,再解决random指向的问题.

对于random的指向问题,我们可以遍历原链表,找每个结点的random指向的是链表中的第几个结点

例如:

原链表第一个结点的random指向了原链表中的第五个结点,那我们就让我们创建的新链表中的第一个结点的random指向先链表中的第五个结点,以此类推,这样就可以解决新链表的random指向问题,但是这样处理每个结点的random都需要遍历一次原链表和新链表,时间复杂度达到了O(n^2),

下面这个思路可以把时间复杂度优化到O(n);

思路二: (最优解)

思路1是直接复制了一个新链表,而处理新链表的random并不能让其指向原链表的结点.只能指向自己创建的结点,这样就只能靠random指向的结点在原链表中的位置处理新结点的random指向.

所以我们可以在原链表每个结点后面插入一个相同的结点,这样处理结点的random问题就会简单很多.

如图所示:

拷贝的结点都在原结点之后,这样原结点random所指结点的下一个结点便是拷贝结点的random应指向的结点

处理好random问题后,只需要恢复原链表和分离拷贝链表就好了

1 . 拷贝结点到原结点后面

    struct Node* cur=head;
    while(cur)
    {
        struct Node* copy=(struct Node*)malloc(sizeof(struct Node));
        copy->val=cur->val;

        copy->next=cur->next;
        cur->next=copy;
        
        cur=copy->next;
    }

2. 处理random指针

    cur=head;
    while(cur)
    {
         struct Node* copy=cur->next;
         if(cur->random==NULL)
         {
             copy->random=NULL;
         }
         else
         {
             copy->random=cur->random->next;
         }

         cur=copy->next;
    }

3. 分离拷贝链表和复原原链表

 struct Node* newhead=NULL,*tail=NULL;
     cur=head;
     while(cur)
     {
         struct Node* copy=cur->next;
         struct Node* next=copy->next;

         if(tail==NULL)
         {
             tail=newhead=copy;
         }
         else
         {
             tail->next=copy;
             tail=tail->next;
         }
         cur->next=next;

         cur=next;
     }

题目参考代码:


struct Node* copyRandomList(struct Node* head) {
	//拷贝结点到原结点后面
    struct Node* cur=head;
    while(cur)
    {
        struct Node* copy=(struct Node*)malloc(sizeof(struct Node));
        copy->val=cur->val;

        copy->next=cur->next;
        cur->next=copy;
        
        cur=copy->next;
    }

    //处理random指针
    cur=head;
    while(cur)
    {
         struct Node* copy=cur->next;
         if(cur->random==NULL)
         {
             copy->random=NULL;
         }
         else
         {
             copy->random=cur->random->next;
         }

         cur=copy->next;
    }
    //分离拷贝链表和复原原链表
     struct Node* newhead=NULL,*tail=NULL;
     cur=head;
     while(cur)
     {
         struct Node* copy=cur->next;
         struct Node* next=copy->next;

         if(tail==NULL)
         {
             tail=newhead=copy;
         }
         else
         {
             tail->next=copy;
             tail=tail->next;
         }
         cur->next=next;

         cur=next;
     }

     return newhead;
}