【LeetCode】138. 复制带随机指针的链表

给定一个链表，每个节点包含一个额外增加的随机指针，该指针可以指向链表中的任何节点或空节点。要求返回这个链表的深拷贝。
我们用一个由 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 。

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]]

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 。

本题同【剑指Offer】面试题35. 复杂链表的复制

思路一：哈希

借助哈希保存节点信息。

代码

时间复杂度：O(n)
空间复杂度：O(n)

class Solution {
public:
    Node* copyRandomList(Node* head) {
        if (!head) return head;
        unordered_map<Node*, Node*> ump;
        Node *cur = head;
        //1. 遍历链表，将原节点作为key，拷贝节点作为value保存在map中
        while (cur) {
            Node *copy = new Node(cur->val);
            ump[cur] = copy;                        
            cur = cur->next;
        }
        cur = head;
        //2. 复制链表next和random指针
        while (cur) {
            ump[cur]->next = ump[cur->next];
            ump[cur]->random = ump[cur->random];
            cur = cur->next;
        }
        return ump[head];
    }
};

思路二：递归

代码

时间复杂度：O(n)
空间复杂度：O(n)

class Solution {
public:
    Node* copyRandomList(Node* head) {        
        unordered_map<Node*, Node*> ump;
        return copy(head, ump);
    }

    Node* copy(Node *head, unordered_map<Node*, Node*> &ump) {
        if (!head) return head;
        if (ump.count(head) > 0) return ump[head];
        ump[head] = new Node(head->val);
        ump[head]->next = copy(head->next, ump);
        ump[head]->random = copy(head->random, ump);
        return ump[head];
    }
};

思路三：原地复制

复制节点，同时将复制节点链接到原节点后面，如A->B->C 变为 A->A'->B->B'->C->C'。
设置节点random值。
将复制链表从原链表分离。

代码

时间复杂度：O(n)
空间复杂度：O(1)

class Solution {
public:
    Node* copyRandomList(Node* head) {        
        if (!head) return head;
        Node *cur = head;
        //1. 将复制节点添加到原节点后面
        while (cur) {
            Node *copy = new Node(cur->val);
            copy->next = cur->next;
            cur->next = copy;
            cur = copy->next;
        }
        //2. 复制random节点
        cur = head;
        while (cur) {
            if (cur->random) {
                cur->next->random = cur->random->next;
            }
            cur = cur->next->next;
        }
        //3. 分离链表
        cur = head;
        Node *newHead = head->next, *p = newHead;
        while (cur) {
            cur->next = cur->next->next;
            if (cur->next) {
                p->next = p->next->next;
            }
            cur = cur->next;
            p = p->next;
        }
        return newHead;
    }
};