剑指 Offer JZ35 复杂链表的复制

注：本文的代码实现使用的是 JS（JavaScript），为前端中想使用JS练习算法和数据结构的小伙伴提供解题思路。

描述

输入一个复杂链表（每个节点中有节点值，以及两个指针，一个指向下一个节点，另一个特殊指针random指向一个随机节点），请对此链表进行深拷贝，并返回拷贝后的头结点。（注意，输出结果中请不要返回参数中的节点引用，否则判题程序会直接返回空）。下图是一个含有5个结点的复杂链表。图中实线箭头表示next指针，虚线箭头表示random指针。为简单起见，指向null的指针没有画出。

示例:

输入:{1,2,3,4,5,3,5,#,2,#}
输出:{1,2,3,4,5,3,5,#,2,#}

解析: 我们将链表分为两段，前半部分{1,2,3,4,5}为ListNode，后半部分{3,5,#,2,#}是随机指针域表示。
以上示例前半部分可以表示链表为的ListNode:1->2->3->4->5
后半部分，3，5，#，2，#分别的表示为
1的位置指向3，2的位置指向5，3的位置指向null，4的位置指向2，5的位置指向null
如下图:

解题思路

直接法

首先按照正常链表的思路复制出来一个新的链表，其中pHead是题中给出需要复制的链表的头节点。RandomListNode是创建节点的类，其结构如下：

function RandomListNode(x){// label 相当于普通链表的 valthis.label = x;// 当前节点的下一个节点this.next = null;// 当前节点所指向的随机节点this.random = null;
}

复制链表的代码如下，新链表的头节点为newHead

 // 复制头节点指针，用于遍历链表// 如果直接用 pHead 进行遍历，后续再想找到原始链表的头节点就找不到了let p = pHead// 手动创建一个头节点，也就是新的链表的头节点let newHead = new RandomListNode(p.label)// 新的链表的节点指针，用于遍历let p_newHead = newHeadwhile(p.next){p_newHead.next = new RandomListNode(p.next.label)p = p.nextp_newHead = p_newHead.next}

至此，我们的工作可以看作是完成了一半，剩下的就是把新链表中每个节点的random指针指向对应的节点即可。那么我们该如何去做呢？

解决方案肯定不止一种，本人想到了一种思路：因为链表是有序的，因此，我们可以根据索引，去寻找这个关系。

以题中给的示例说明，原始链表中，D的random指针指向的是B，而B在整个链表中的索引是1(索引从0开始)，因此在我们创建的新的链表中，让D’(新链表中根据原始链表中D创建的节点)指向新创建节点的第1个节点即可。

所以，创建了一个新的函数find去查找节点node的random所指向节点在其所在链表中的索引，结构如下：

function find(node, pHead){// node 节点的 random 指针指向空， 则索引为 nullif(!node.random) return null// 记录索引的变量let index = 0while(pHead){// 如果当前节点和node 节点的 random 指向的是同一个节点，则返回 indexif(pHead === node.random) return indexpHead = pHead.nextindex ++}// 此处无需进行其他 return 因为一定能找到索引的
}

最后本人创建了两个变量：

// 用于存放索引的数组，初始化的时候，将头节点的 random 指向节点的index放入
let list = [find(pHead, pHead)]
// 用于存放新创建链表的每个节点的指针，方便给新节点的 random 赋值
let node_pointer = [p_newHead]

完整的代码如下：

function find(node, pHead){if(!node.random) return nulllet index = 0while(pHead){if(pHead === node.random) return indexpHead = pHead.nextindex ++}
}
function Clone(pHead)
{// 头节点为 null ，则直接返回即可if(!pHead) return pHeadlet p = pHeadlet newHead = new RandomListNode(p.label)let p_newHead = newHeadlet list = [find(pHead, pHead)]let node_pointer = [p_newHead]while(p.next){p_newHead.next = new RandomListNode(p.next.label)// 在创新新链表的时候，顺便按顺序把原始链表每个节点的 random 所指向节点的索引记录list.push(find(p.next, pHead))// 也顺便存放新创建链表的每个节点的指针node_pointer.push(p_newHead.next)p = p.nextp_newHead = p_newHead.next}p_newHead = newHeadlet count = 0while(p_newHead){// list[count] 是当前节点random 指向节点的索引// 然后再从 node_pointer 找到对应的指针即可p_newHead.random = node_pointer[list[count]]// 为了清晰，把这句话单独拿出来了，其实可以合并到上一句代码中count++p_newHead = p_newHead.next}return newHead
}

这个方法可能看着乱，但这是最直观，最容易理解的，时间复杂度是O(n2)O(n^2)O(n2)的。其实，你可以直接return pHead的，也能通过，就看面试官办不办你了，哈哈哈哈。

原地复制法

把原始链表中的每个节点复制，并按下图的方式串接起来，只需要给新创建的节点指定label和next即可

代码如下：

    let p = pHeadwhile(p){const temp = p.next// 创建节点并指定labelp.next = new RandomListNode(p.label)// 为新创建的节点指定nextp.next.next = tempp =  temp}

把复制的结点的random指针指向被复制结点的random指针的下一个结点

    p = pHeadwhile(p){// 保证当前节点的 random 非空，若为空，就不用管了if(p.random)p.next.random = p.random.nextp = p.next.next}

3. 拆分成两个链表，具体拆分方式可以看下面代码，跟着代码走一两个循环就能明白了

     p = pHead// 新的链表的头节点let newHead = p.next// 用于遍历新的链表的指针let p_newHead = newHead// 到倒数第二个节点结束，本题中是 E ，否则在 p = p.next 的时候会报错while(p.next.next){p.next = p_newHead.nextp = p.nextp_newHead.next = p.nextp_newHead = p.next}// 如果这句话不加上，虽然输出的 newHead 没问题，但是原始链表最后一个节点的复制节点（E'）也会挂在E的后面p.next = null

完整代码如下：

function Clone(pHead)
{if(!pHead) return pHeadlet p = pHeadwhile(p){const temp = p.nextp.next = new RandomListNode(p.label)p.next.next = tempp =  temp}p = pHeadwhile(p){if(p.random)p.next.random = p.random.nextp = p.next.next}p = pHeadlet newHead = p.nextlet p_newHead = newHeadwhile(p.next.next){p.next = p_newHead.nextp = p.nextp_newHead.next = p.nextp_newHead = p.next}p.next = nullreturn newHead
}