剑指 Offer 35. 复杂链表的复制

最新推荐文章于 2022-03-08 17:39:11 发布

diluosixu

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该博客讨论了如何高效地复制一个具有随机指针的复杂链表。提供了两种不同的解决方案，一种是使用深拷贝直接复制链表，另一种则是通过构建拼接链表，然后拆分的方式。算法的时间复杂度为O(N)，空间复杂度为O(1)。这种方法对于理解和处理链表结构的随机指针问题具有指导意义。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

剑指 Offer 35. 复杂链表的复制
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：
在这里插入图片描述
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 。

注意：本题与主站 138 题相同：https://leetcode-cn.com/problems/copy-list-with-random-pointer/
方法1：一行 python（不推荐）

"""
# Definition for a Node.
class Node:
    def __init__(self, x: int, next: 'Node' = None, random: 'Node' = None):
        self.val = int(x)
        self.next = next
        self.random = random
"""
class Solution:
    def copyRandomList(self, head: 'Node') -> 'Node':
        return copy.deepcopy(head)

方法2：拼接+拆分
考虑构建原节点 1 -> 新节点 1 -> 原节点 2 -> 新节点 2 -> …… 的拼接链表，如此便可在访问原节点的 random 指向节点的同时找到新对应新节点的 random 指向节点。

算法流程：
（1）复制各节点，构建拼接链表:

设原链表为 node1→node2→⋯ ，构建的拼接链表如下所示：
node1→new_node1 →node2→new_node2 →⋯

（2）构建新链表各节点的 random 指向：

当访问原节点 cur 的随机指向节点 cur.random 时，对应新节点 cur.next 的随机指向节点为 cur.random.next 。

（3）拆分原 / 新链表：

设置 pre / cur 分别指向原 / 新链表头节点，遍历执行 pre.next = pre.next.next 和 cur.next = cur.next.next 将两链表拆分开。

（4）返回新链表的头节点 res 即可。

复杂度分析：
（1）时间复杂度 O(N) ：三轮遍历链表，使用 O(N) 时间。
（2）空间复杂度 O(1) ：节点引用变量使用常数大小的额外空间。

"""
# Definition for a Node.
class Node:
    def __init__(self, x: int, next: 'Node' = None, random: 'Node' = None):
        self.val = int(x)
        self.next = next
        self.random = random
"""
class Solution:
    def copyRandomList(self, head: 'Node') -> 'Node':
        if not head:
            return
        cur = head
        # 复制各节点，并构建拼接链表
        while cur:
            temp = Node(cur.val)
            temp.next = cur.next
            cur.next = temp
            cur = temp.next
        # 构建各新节点的random指向
        cur = head
        while cur:
            if cur.random:
                cur.next.random = cur.random.next
            cur = cur.next.next
        # 拆分成两个链表
        pre = head
        res = cur = head.next
        while cur.next:
            pre.next = pre.next.next
            cur.next = cur.next.next
            pre = pre.next
            cur = cur.next
        pre.next = None  # 单独处理原链表尾节点
        return res  # 返回新链表头节点