剑指offer(C++)-JZ35：复杂链表的复制(数据结构-链表)

Posted 2022-01-05 翟天保Steven

作者：翟天保Steven
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题目描述：

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:

示例：

输入：

1,2,3,4,5,3,5,#,2,#

返回值：

1,2,3,4,5,3,5,#,2,#

解题思路：

本题考察数据结构链表的使用。本题常用两种解法。

1. 哈希表。用哈希map创建一个映射表，建立哨兵防止前指针为空，pre用来搭建新链表，cur用来遍历原链表；遍历存储映射关系，就如原链表的第二个结点对应新链表的第二个结点，一一对应，有点像“影子模仿术”；映射完成后，对哈希表进行遍历，value对应新链表，key对应原链表，value的random等于m[key->random]就相当于，让新链表的random照着原链表的random进行连接（注意这里的key->random指向原链表的结点，m[key->random]才是指向新链表的结点）；删除哨兵，新链表复制完毕。
2. 链表拆分法。第一遍遍历链表，每个结点后面创建一个结点，形成组合链表；第二遍遍历组合链表，将新链表结点的random连接至原链表结点random的next即可，实现同步连接；第三遍遍历组合链表，进行拆分工作，将指针next连接至next的next，相当于把组合链表拆分为原链表和新链表，此时新链表已经完成。

测试代码：

解法一：哈希表

/*
struct RandomListNode 
    int label;
    struct RandomListNode *next, *random;
    RandomListNode(int x) :
            label(x), next(NULL), random(NULL) 
    
;
*/
class Solution 
public:
    RandomListNode* Clone(RandomListNode* pHead) 
        // 若为空则返回
        if(!pHead)
            return pHead;
        // 创建哈希map
        unordered_map<RandomListNode*, RandomListNode*> m;
        // 建立哨兵，防止前指针为空
        RandomListNode* sentry=new RandomListNode(0);
        // 建立指向哨兵和表头的指针
        RandomListNode* pre=sentry,*cur=pHead;
        // 遍历存储映射关系
        while(cur)
        
            RandomListNode* temp = new RandomListNode(cur->label);
            pre->next = temp;
            m[cur] = temp;
            pre = pre->next;
            cur = cur->next;
        
        // 遍历哈希表，将新表的random参考原表的random关系进行连接
        for(auto&[key,value]:m)
        
            value->random=key->random==NULL?NULL:m[key->random];
        
        // 删除哨兵
        delete sentry;
        return m[pHead];
    
;

解法二：链表拆分 

class Solution 
public:
    RandomListNode* Clone(RandomListNode* pHead) 
        // 为空则返回
        if(!pHead) return pHead;
        // 遍历链表
        RandomListNode* cur = pHead;
        // 每个结点后面创建一个复制结点
        while(cur)
            RandomListNode* tmp = new RandomListNode(cur->label);
            tmp->next = cur->next;
            cur->next = tmp;
            cur = tmp->next;
        
        // 遍历组合链表，将原链表的random的next与新链表结点的random连接
        RandomListNode *old = pHead, *clone = pHead->next, *ret = pHead->next;
        while(old)
            clone->random = old->random == NULL ? NULL : old->random->next;    // 处理拷贝节点的随机指针
            if(old->next) old = old->next->next;    // 注意特判空指针
            if(clone->next) clone = clone->next->next;
        
        // 再次遍历，进行拆分，间隔拆分，拆出原链表和新链表
        old = pHead, clone = pHead->next;
        while(old)    // 拆分链表
            if(old->next) old->next = old->next->next;
            if(clone->next) clone->next = clone->next->next;
            old = old->next;
            clone = clone->next;
        

        return ret;
    
;