60.随机链表的复制

题目

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。

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]]

提示：

0 <= n <= 1000
-104 <= Node.val <= 104
Node.random 为 null 或指向链表中的节点。

思路

就是对链表做深拷贝，但是有一个难点:

next好处理，但是random可以指向任意节点，包括还没创建的节点。

思路，分两步:

遍历原链表，用HashMap记录每个节点新拷贝后的节点(副本节点，也就是new Node(value))的值，原节点 -> 副本节点的映射
再次遍历，利用HashMap把每个副本的next和random正确连上。

class Solution {

    fun copyRandomList(head: Node?): Node? {
        if (head == null) {
            return null
        }

        // 原节点 -> 副本节点 的映射
        val map = HashMap<Node, Node>()

        // 第一步：创建所有副本节点
        var curr = head
        while (curr != null) {
            // 新new Node，value还是原节点的value值，这样就相当于除了next和random之外把原节点都进行了深复制
            map[curr] = Node(curr.`val`)
            curr = curr.next
        }

        // 第二步：连接 next 和 random 指针
        curr = head
        while (curr != null) {
            val copy = map[curr]!!
            // curr.next 为 null 时，map 返回 null，正好
            copy.next   = map[curr.next]
            copy.random = map[curr.random]
            curr = curr.next
        }

        return map[head]
    }

    class Node(var `val`: Int) {
        var next: Node? = null
        var random: Node? = null
    }
}

上面的方案思路最明确，用两次遍历的方式，其实这里也可以优化一下:

遍历时按需创建副本节点: 遇到一个节点(无论通过next还是random遇到的)，如果它在map 里已有副本就复用，否则立即创建。

这样就变成了只需一次遍历就可以了。

class Solution {

    fun copyRandomList(head: Node?): Node? {
        if (head == null) {
            return null
        }

        val map = HashMap<Node, Node>()

        // 辅助函数：有则复用，无则创建
        fun getOrCreate(node: Node?): Node? =
            node?.let { map.getOrPut(it) { Node(it.`val`) } }

        var curr = head
        while (curr != null) {
            val copy = getOrCreate(curr)!!
            copy.next = getOrCreate(curr.next)
            copy.random = getOrCreate(curr.random)
            curr = curr.next
        }

        return map[head]
    }

    class Node(var `val`: Int) {
        var next: Node? = null
        var random: Node? = null
    }
}

复杂度

时间复杂度: O(n)
空间复杂度: O(n)

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邮箱：charon.chui@gmail.com
Good Luck!