Copy List with Random Pointer

最新推荐文章于 2024-01-12 14:44:53 发布

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#java #hashmap #leetcode #链表 #random

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本文介绍了一种链表深拷贝的有效算法，通过在原链表中插入新节点并利用映射关系来构建新链表的random指针，最后恢复原始链表，实现了时间与空间复杂度均为O(N)的高效解决方案。

题目描述：

A linked list is given such that each node contains an additional random pointer which could point to any node in the list or null.

Return a deep copy of the list.

深度复制，就所有的节点另外开辟空间咯。

如果是一个一个遍历，然后寻找下一个random指针，这样时间复杂度是O(n*n)，超时。

假设原始链表如下，细线表示next指针，粗线表示random指针，没有画出的指针均指向NULL：

我们在构建新链表的节点时，保存原始链表的next指针映射关系，并把指针做如下变化(蓝色为原始链表节点，紫红色为新链表节点)：

然后在上图的基础上进行如下两步

1、构建新链表的random指针：比如new1->random = new1->random->random->next, new2->random = NULL, new3-random = NULL, new4->random = new4->random->random->next

2、恢复原始链表：根据最开始保存的原始链表next指针映射关系恢复原始链表

该算法时间空间复杂度均为O(N)

代码如下：

public RandomListNode copyRandomList(RandomListNode head) {
    if(head==null)
        return null;
    RandomListNode headpre=new RandomListNode(-1);
    RandomListNode resultpre=new RandomListNode(-1);
    headpre.next=head;
    RandomListNode pold=head,poldpre=headpre,pnewpre=resultpre;
    Map<RandomListNode, RandomListNode> map=new HashMap<RandomListNode, RandomListNode>();
    while(pold!=null){
        map.put(poldpre, pold);
        RandomListNode pnew =new RandomListNode(pold.label);
        poldpre=pold;
        pold=pold.next;
        pnew.random=poldpre;
        poldpre.next=pnew;
        pnewpre.next=pnew;
        pnewpre=pnew;
    }
    RandomListNode result=resultpre.next;
    RandomListNode cur=result;
    while(cur!=null){
        if(cur.random.random==null)
            cur.random=null;
        else
            cur.random=cur.random.random.next;
        cur=cur.next;
    }
    pold=headpre;
    for(int i=0;i<map.size();i++){
        pold.next=map.get(pold);
        pold=pold.next;
    }
    pold.next=null;
    return result;
}

在这里要注意当恢复原来链表时，最后一个节点不能弄错了。最开始我是用的这个写法：

for(RandomListNode key:map.keySet()){
    key.next=map.get(key);
}

这样写原链表的最后一个节点会指向新链表的最后一个节点，这点要小心。

还有一种更巧妙的方法：

1、构建新节点random指针：new1->random = old1->random->next, new2-random = NULL, new3-random = NULL, new4->random = old4->random->next

2、恢复原始链表以及构建新链表：例如old1->next = old1->next->next, new1->next = new1->next->next

该算法时间复杂度O(N)，空间复杂度O(1)

代码如下：

public RandomListNode copyRandomList(RandomListNode head) {
    
    if (head == null)
      return head;
    /*第一步:在OldList的每个节点后面都插入一个copyNode(拷贝链表的结点)*/
    RandomListNode nowNode = head;
    while (nowNode != null){
      RandomListNode copyNode = new RandomListNode(nowNode.label);
      copyNode.random = nowNode.random;
      copyNode.next = nowNode.next;
      nowNode.next = copyNode;
      nowNode = nowNode.next.next;
    }
    
    /*第二步:确定NewList的每个节点,真正关联到的Random结点是哪个，
     * 		因为第一步已经把所有NewList上的结点都建立了*/
    nowNode = head;
    while (nowNode != null){
      if (nowNode.random != null){
        nowNode.next.random = nowNode.random.next;
      }
      nowNode = nowNode.next.next;
    }
    
    /*第三步：还原OldList的next为一开始的next结点
     * 		并拼接NewList的next到它真正所应该关联的next结点
     * 		即：保持老链表OldList不变，拼接新链表NewList！
     * */
    RandomListNode pHead = new RandomListNode(0);
    pHead.next = head;
    RandomListNode newlist = pHead;
    
    nowNode = head;
    while (nowNode != null){
      pHead.next = nowNode.next;
      nowNode.next = pHead.next.next;
      pHead = pHead.next;
      nowNode = nowNode.next;
    }
    return newlist.next;
}