【三次优化】剑指 Offer 35. 复杂链表的复制

立志用最少代码做最高效的表达

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：
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 。

思路一：HashMap

思路：以map将新节点和旧节点映射起来，进而建立链表。
步骤：
1、完成以next指针为串联的链表的建立，并建立HashMap映射
2、完成random的链表建设
缺点：冗余

class Solution {public Node copyRandomList(Node head) {/**1、根据next完成链表的复制，同时建立hash表映射2、根据hash表的映射进行random的指向*/if(head == null) return null;           //头结点为空的情况Map<Node, Node> map = new HashMap<>();   // 建立Map映射，映射原节点和被复制的节点Node copyListHead = new Node(head.val); // 复制链表的头结点map.put(head, copyListHead);            // 建立头结点间的映射Node oldTmpList1 = head.next;               // 原链表的临时遍历节点Node copyTmpList1 = copyListHead;           // 复制链表的临时遍历节点1// 1、完成next的复制while(oldTmpList1 != null) {Node newTmpList1 = new Node(oldTmpList1.val);    // 赋值链表的临时遍历节点2（因为建表需要两个节点）map.put(oldTmpList1, newTmpList1);    // 建立映射copyTmpList1.next = newTmpList1;              // 建表过程copyTmpList1 = newTmpList1;oldTmpList1 = oldTmpList1.next;}// 2、完成random的复制Node oldTmpList2 = head;Node newTmpList2 = copyListHead;           // 复制链表的临时遍历节点1while(oldTmpList2 != null) {if(oldTmpList2.random != null) {newTmpList2.random = map.get(oldTmpList2.random);}oldTmpList2 = oldTmpList2.next;newTmpList2 = newTmpList2.next;}return copyListHead;}
}

思路2：对思路1的优化

拆分成两步：
1、将新旧节点映射起来
2、进行next和random的链表建立
时间复杂度：O(n) 、空间复杂度：O(n)

class Solution {public Node copyRandomList(Node head) {if(head == null) return null;           //头结点为空的情况Map<Node, Node>map = new HashMap<>();   // 建立Map映射，映射原节点和被复制的节点Node copyListHead = new Node(head.val); // 复制链表的头结点// 1、进行Map映射for(Node tmp = head; tmp != null; tmp = tmp.next) {if(tmp == head) map.put(head, copyListHead);    // 头结点单独判断else map.put(tmp, new Node(tmp.val));           // 建立映射}// 2、完成next的复制和random的复制for(Node tmp = head; tmp != null; tmp = tmp.next) {map.get(tmp).next = map.get(tmp.next);map.get(tmp).random = map.get(tmp.random);}return copyListHead;}
}

代码3：原地复制

思路：在原链表的每个节点后都构建一个新节点，将原来形如A->B->C的链表改为A->A'->B->B'->C->C'，然后拆分两链表即可。

步骤：
1、复制各个节点，构建拼接链表
2、构建各个新节点的random指针
3、拆分成两个链表

注意：本题的题意是深拷贝，即不能更改原链表。

class Solution {public Node copyRandomList(Node head) {if(head == null) return null;Node cur = head;// 1. 复制各节点，并构建拼接链表while(cur != null) {Node tmp = new Node(cur.val);tmp.next = cur.next;cur.next = tmp;cur = tmp.next;}// 2. 构建各新节点的 random 指向cur = head;while(cur != null) {if(cur.random != null)cur.next.random = cur.random.next;cur = cur.next.next;}// 3. 拆分两链表cur = head.next;Node pre = head, res = head.next;while(cur.next != null) {pre.next = pre.next.next;cur.next = cur.next.next;pre = pre.next;cur = cur.next;}pre.next = null; // 单独处理原链表尾节点return res;      // 返回新链表头节点}
}

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