数据结构与算法--复杂链表的复制

复杂链表的复制

题目：实现一个函数complexListNode 复制一个复杂链表。在链表中，每个节点除了有一个next指针指向下一个节点，还有另外一个before节点，before节点指向链表中任意一个节点，或者null节点。
链表节点定义使用之前文章数据结构与算法–链表实现以及应用中链表节点的定义，以及链表中其他方法实现都沿用以上文章中有详细的说明。
如下节点定义：

public class ListNode implements Comparable<ListNode> {private Integer value;private ListNode next;private ListNode before;
......
}

如下图中包含的5个阶段的复杂链表，图中实线箭头表示next指针，虚线表示before指针，简单画出如下，我们省略了null指针没有画出来：
分析：
- 方法一：如上链表的结构看最简单的方式先遍历一次，将节点复制，并且用next 链接节点，得到基础结构
- 在循环查找每一个节点的before节点，因为此处before节点是随机指向，可能指向本节点之前的节点，因此每次都需要遍历一次链表来查找对应的节点信息
- 时间复杂度O(N²)
- 方法二：为了避免before节点查找的复杂性，先遍历一次oldList，复制next指针，并且将oldNode，newNode存储到map中，
- 第二次遍历，此时我们已经知道了oldNode~ newNode的对应关系，我们在查找到oldList的before指向的时候，直接从map中获取到对应newNode，这样通过O（1）时间获取到before的值
- 此处空间换时间的方法
- 方法三：换一种思路，能否不用辅助空间情况下来实现O(n)的时间复杂度，
- 第一次遍历，直接将访问到的节点复制新节点，并且插入到访问到的节点后面，如下图：
- 第二次遍历，设置新建节点的before节点，因为每个新节点A‘都在老节点A的next位置，所以，老节点A 的before C节点的next 就是改节点的新节点C’ 那么新节点A‘ 的before节点就是 C’
- 第三次遍历，将奇数项的节点单独拆分成一个链表得到我们复制的链表，偶数位项就是老的链表
根据如上分析有如下代码：

/*** 构建复杂链表，链表next节点指向下一个节点，* before节点指向链表中任意节点* */public static ListNode buildComplexListNode(){Random random = new Random();ListNode pHead = new ListNode(random.nextInt(100));ListNode[] nodeArray = new ListNode[20];for (int i = 0; i < 20; i++) {ListNode newNode = new ListNode(random.nextInt(100));nodeArray[i] = newNode;ListNode headNode = pHead;while (headNode.getNext() !=  null){headNode = headNode.getNext();}headNode.setNext(newNode);}print(pHead);ListNode  headNode = pHead;while (headNode.getNext() != null){headNode.setBefore(nodeArray[random.nextInt(nodeArray.length -1)]);headNode = headNode.getNext();}return pHead;}/*** 复制复杂链表* 方法一：空间换时间，* 先遍历一次oldList，复制next指针，并且将oldNode，newNode存储到map中，* 第二次遍历同时遍历oldList，newList，直接通过oldList的before指向的oldListNode从mep中获取newNode，* O(1)时间获取到before值* */public static ListNode complexListNode(ListNode pHead){if(pHead == null || pHead.getNext() == null){return pHead;}Map<ListNode, ListNode> oldToNewNode = new HashMap<>();ListNode complexNode = pHead;ListNode newHead = null;ListNode myHeadNode = null;while (complexNode != null){ListNode createNode = new ListNode(complexNode.getValue());oldToNewNode.put(complexNode, createNode);if(newHead == null){newHead = createNode;myHeadNode = newHead;}else {myHeadNode.setNext(createNode);myHeadNode = myHeadNode.getNext();}complexNode = complexNode.getNext();}ListNode beforeComplexNode = pHead;ListNode beforeSetNode = newHead;while (beforeComplexNode.getNext() != null && beforeSetNode.getNext() != null){if(oldToNewNode.containsKey(beforeComplexNode.getBefore())){beforeSetNode.setBefore(oldToNewNode.get(beforeComplexNode.getBefore()));}beforeComplexNode = beforeComplexNode.getNext();beforeSetNode = beforeSetNode.getNext();}return newHead;}
/*** 复制复杂链表* 方法二：* 第一次遍历，直接将范问到的节点复制新节点，并且插入到范问到的节点后面* 第二次遍历，设置新建节点的before节点，因为每个新节点A‘都在老节点A的next位置，所以，老节点的before B节点的next 就是改节点的新节点B’* 那么新节点A‘的before节点就是B’* 第三次遍历，将奇数项的节点单独拆分成一个链表得到我们复制的链表，偶数位项就是老的链表*/public static ListNode complexListNode_2(ListNode pHead){if(pHead == null || pHead.getNext() == null){return pHead;}ListNode compleNode = pHead;while (compleNode.getNext() != null){ListNode createNode = new ListNode(compleNode.getValue());createNode.setNext(compleNode.getNext());compleNode.setNext(createNode);compleNode = compleNode.getNext().getNext();}ListNode beforeCompleNode = pHead;while (beforeCompleNode.getNext() != null){if(beforeCompleNode.getBefore() != null){beforeCompleNode.getNext().setBefore(beforeCompleNode.getBefore().getNext());}beforeCompleNode = beforeCompleNode.getNext().getNext();}ListNode fixCompleNode = pHead;ListNode resultHead = null;ListNode resultNode = null;while (fixCompleNode.getNext() != null){if(resultHead == null){resultHead = fixCompleNode.getNext();resultNode = resultHead;}else {resultNode.setNext(fixCompleNode.getNext());resultNode = resultNode.getNext();}fixCompleNode = fixCompleNode.getNext().getNext();}return resultHead;}public static void printListNode(ListNode pHead){ListNode printNode = pHead;while (printNode.getNext() != null){System.out.print("value: " + printNode.getValue());System.out.print(", ");System.out.print("before: " + (printNode.getBefore() != null ? printNode.getBefore().getValue() : ""));System.out.print(", ");System.out.print("next: " + (printNode.getNext() != null ? printNode.getNext().getValue() : ""));printNode = printNode.getNext();System.out.println();}}public static void main(String[] args) {ListNode oldListNode = buildComplexListNode();System.out.println("oldListNode:");printListNode(oldListNode);System.out.println("newListNode:");ListNode mewListNode = complexListNode(oldListNode);printListNode(mewListNode);ListNode newListNode_2 = complexListNode_2(oldListNode);System.out.println("newListNode_2:");printListNode(newListNode_2);}

以上代码中其他未定义方法都沿用数据结构与算法–链表实现以及应用中对应的方法。

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