剑指 Offer 35. 复杂链表的复制

Posted 徐同学呀

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了剑指 Offer 35. 复杂链表的复制相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

题干

剑指 Offer 35. 复杂链表的复制:

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

/*
// Definition for a Node.
class Node 
    int val;
    Node next;
    Node random;

    public Node(int val) 
        this.val = val;
        this.next = null;
        this.random = null;
    

*/
class Solution 
    public Node copyRandomList(Node head) 
    

原题链接:https://leetcode-cn.com/leetbook/read/illustration-of-algorithm/9p0yy1/

思路解析

普通链表复制很简单,可以从一个节点遍历完所有节点,但是复杂链表的复制难点就在random指针的不确定性。

在通过next指针顺序遍历并构建新链表时,random指针指向的节点对应到的新节点可能还没创建,所以无法单纯通过遍历构建新节点的random指针。

方法一:哈希表存储新旧节点关系

既然在构建新节点的random指针时,random指针指向的新节点可能还没有创建,那么一次性把新节点都创建出来不就行了?

利用哈希表 mapkey为 旧节点,value 为新节点:

  • 顺序遍历原链表,将旧新节点键值对关系存储到哈希表map中。
  • 再次从头遍历原链表,从 map 中通过旧节点取出新节点,构建新链表:
  • map.get(旧节点).next = map.get(旧节点.next);
  • map.get(旧节点).random= map.get(旧节点.random);

复杂度分析:

时间复杂度 O(N): 两轮遍历链表,使用 O(N) 时间。

空间复杂度 O(N): 哈希表 map 使用线性大小的额外空间。

方法二:拼接+拆分

  1. 新旧节点构建成一条链表:旧节点1–>新节点1–>旧节点2–>新节点2,如此就有:旧节点.next为新节点
  2. 构建新节点的random:旧节点.next.random = 旧节点.random.next
  3. 拆分新旧链表:设置 pre / cur 分别指向旧 / 新链表头节点,遍历执行 pre.next = pre.next.nextcur.next = cur.next.next 将两链表拆分开。

复杂度分析:

时间复杂度 O(N): 三轮遍历链表,使用 O(N)时间。

空间复杂度 O(1): 节点引用变量使用常数大小的额外空间。

说实在的,还是借助哈希表的方式容易理解,方法二有三次遍历,虽然也可以算是O(n),但毕竟多了一次遍历,而且代码相对复杂。

如果对内存没什么要求,个人推荐方法一

代码实现

方法一:哈希表存储新旧节点关系

/*
// Definition for a Node.
class Node 
    int val;
    Node next;
    Node random;

    public Node(int val) 
        this.val = val;
        this.next = null;
        this.random = null;
    

*/
class Solution 
    public Node copyRandomList(Node head) 
    	if (head == null) 
            return null;
        
        Node cur = head;
        // 构建一个map
        Map<Node, Node> map = new HashMap<Node, Node>();
        while (cur != null) 
            map.put(cur, new Node(cur.val));
            cur = cur.next;
        
        cur = head;
        // 遍历构建原节点对应的新节点的next、random
        while (cur != null) 
            map.get(cur).next = map.get(cur.next);
            map.get(cur).random = map.get(cur.random);
            cur = cur.next;
        
        return map.get(head);
    

方法二:拼接+拆分

public Node copyRandomList(Node head) 
        if (head == null) 
            return null;
        
        //合成一个长链表
        Node cur = head;
        while (cur != null) 
            Node tmp = new Node(cur.val);
            tmp.next = cur.next;
            cur.next = tmp;
            cur = tmp.next;
        
        // 构建新节点的random
        cur = head;
        while (cur != null) 
            if (cur.random != null) 
                // 前提是 cur.random != null
                cur.next.random = cur.random.next;
            
            cur = cur.next.next;
        
        // 拆分出两个链表,使用双指针
        Node res = head.next;
        Node pre = head;
        cur = res;
        // while 终止条件是cur向右移动到最后一个新节点,
        // cur.next 为 null 时终止
        while (cur.next != null) 
            // 必须先拆分pre,如果先拆cur,会使链表断开,影响拆分pre
            pre.next = pre.next.next;
            cur.next = cur.next.next;
            pre = pre.next;
            cur = cur.next;
        
        // 遍历结束,cur.next 为 null,
        // 但是 旧链表的尾节点的next还指向新链表的尾节点
        // 所以 单独处理旧链表尾节点
        pre.next = null;
        return res;
    

参考致谢:https://leetcode-cn.com/leetbook/read/illustration-of-algorithm/9plk45/

以上是关于剑指 Offer 35. 复杂链表的复制的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

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