35、复杂链表的复制

1、题目描述：输入一个复杂链表（每个节点中有节点值，以及两个指针，一个指向下一个节点，另一个特殊指针指向任意一个节点），返回结果为复制后复杂链表的head。（注意，输出结果中请不要返回参数中的节点引用，否则判题程序会直接返回空）

2、思路：主要利用分治的思想，就是将整个问题分为几个步骤解决。

　　正常来说，解决这个问题比较直观的思路就是先将原链表的每个节点复制过来，并用next指针链接，但这步骤无法连接Random指针，因为复制的节点很可能指向后边的节点，或者后边的节点，指的太远了节点对象还没来得及创建；然后设置每个节点的Random指针，这时每连接一个Randome指针，需要从头到尾遍历链表，因为Random指针不知道指向前面的节点还是后边的节点，因此连接Random指针的操作是O(n^2)。

为了优化时间复杂度，还有一种方法就是采用空间换时间的策略，在第一步复制完成后，将Random指针的配对信息存储到hash表当中，也就是hashMap。

　　最优的解题思路就是：采用三步来解决。

　　第一步：复制原始链表的每个节点N，并创建克隆节点N'，再把N'连接到N的后边。代码中就是从头到尾遍历一边链表，复制每个节点，在复制的时候调整next指针将其连接起来即可。形成如下结构：

注：这步只对原始链表的next指针进行了设置，并没有改变原始链表中的Random指针，因此原始链表中的每个节点中，目前存在着Random指针。

　　第二步：设置复制出来的克隆节点N’ 的Random指针，若原始节点上A指向的是C，那么复制出来的节点的A' 指向的就是 C’。

　　第三步：将链表进行拆分，就是重新设置原始链表的next指针、克隆链表的next指针，形成两个新的链表。奇数位置连接起来就是原始链表，偶数位置连接起来就是克隆链表。

3、代码：

/*
public class RandomListNode {
    int label;
    RandomListNode next = null;
    RandomListNode random = null;

    RandomListNode(int label) {
        this.label = label;
    }
}
*/
public class Solution {
    public RandomListNode Clone(RandomListNode pHead) {
        CloneNodes(pHead);
        connectRandomNodes(pHead);
        RandomListNode pClonedHead = reconnectNodes(pHead);
        return pClonedHead;
    }

    //第一步，复制原始链表的任意节点N并创建新节点N'，再把N'链接到N的后面
    public void CloneNodes(RandomListNode pHead) {
        RandomListNode pNode = pHead;
        while (pNode != null) {
            RandomListNode pCloned = new RandomListNode(-1);
            pCloned.label = pNode.label;
            pCloned.next = pNode.next;
            pCloned.random = null;
            //把N'链接到N后边
            pNode.next = pCloned;

            pNode = pCloned.next;
        }
    }

    //第二步，设置复制出来的random指针,N指向哪里，N’就指向哪里。
    public void connectRandomNodes(RandomListNode pHead) {
        RandomListNode pNode = pHead;
        while (pNode != null) {
            //pConed经过第一步后链接到了pNode后边。
            RandomListNode pCloned = pNode.next;
            if (pNode.random != null) {
                //pNode.random.next指向的就N'
                pCloned.random = pNode.random.next;
            }
            pNode = pCloned.next;
        }
    }

    //将长链表拆分成两个链表，将奇数位置用next指针链接起来就是原始链表，偶数位置用next指针链接起来就是复制出来的链表
    public RandomListNode reconnectNodes(RandomListNode pHead) {
        RandomListNode pNode = pHead;
        RandomListNode pClonedHead = null;
        RandomListNode pClonedNode = null;

        //链接好A--B，找到A'
        if (pNode != null) {
            pClonedHead = pClonedNode = pNode.next;
            pNode.next = pClonedNode.next;
            pNode = pNode.next;
        }

        //依次往下链接A'-A,A-B-C
        while (pNode != null) {
            pClonedNode.next=pNode.next;
            pClonedNode=pClonedNode.next;
            pNode.next=pClonedNode.next;
            pNode=pNode.next;
        }

        return pClonedHead;
    }
}

35、复杂链表的复制

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