复杂链表的复制（一道算法题）

Posted 2021-01-09

这是一道算法题。想写篇blog记录一下这道题的解法。
题目是这样的：
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，另一个特殊指针指向任意一个节点），返回结果为复制后复杂链表的head。（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）
这道题什么意思呢？它的意思就是说，我有一个节点类型，这个节点类型有三个成员，其中一个成员存放值，另外另个成员分别是两个指针，一个是next指针，指向下一个节点；还有一个是random指针，指向链表中的任意一个节点。这个节点类型跟我们之前见到的节点类型有点不太一样，不一样之处就是多了一个指向任意节点的random指针。别的就没什么不同了。如下图所示：

（这图完全是自己用微软自带的画图工具画的，不太好看，但是不影响理解，哈哈~）
理解了题意，现在来写解法。
这道题有两种解法，第一种是使用额外空间的解法，比较简单；另一种是不使用额外空间的解法，写法比较奇妙，但是比较难写；
现在先讲第一种使用额外空间的写法。用额外空间呢，就是使用一个Map。
首先遍历一遍链表，将链表中所有节点都在Map中存储下来。哦，对了，map就是<key,value>类型的一种结构，如果不了解的同学，请自行百度，网上很多关于map的介绍。
代码如下：

cur = pHead;
while(cur != NULL){
    map.insert(pair<RanomListNode*, RandomListNode*>(cur, new RandomListNode(cur->value));
    cur = cur->next;
}

这只是一个代码片段，里面出现的东西，下面会有完整介绍。
此时，我在map中已经存有和现有链表一样多的节点了，并且节点值也是一样的。只是，我们还没有设置map中节点的next指针和random指针，换言之，这时map中的所有节点是断开的。
如下图：

很明显，我们知道接下来要做什么。就是将这些节点按照题目给出的链表模样串起来。
其次，将拷贝节点按照原链表连接好它们的next指针和random指针。
那么怎么串呢？我们看一下上面两张图，1的next指针连的是2，因此我们的拷贝节点1‘就得连2‘。也就是说，我们需要通过map去找到节点1的拷贝节点1‘，然后通过map去找到1的下一个节点的拷贝节点2‘。这不是很好理解，通过代码展示什么意思：

myMap[cur]->next = myMap[cur->next];

根据代码来看，我们通过myMap[cur]找到cur的拷贝节点，这个拷贝节点的next指针指向了cur节点下一个节点的拷贝节点。这样，就把两个拷贝节点连接起来了。
random指针同理设置。
代码如下：

myMap[cur]->random = myMap[cur->random];

最后一步，返回拷贝链表的头节点。因为，此时拷贝节点都串起来了，形成了完整的链表，只要返回链表头部，就能得到整个拷贝链表了。到此，所有步骤就已经结束了。
下面是完整代码：

#include <iostream>
#include <map>
using namespace std;
struct RandomListNode{
    int value;
    Node* next;
    Node* random;
    Node(int value) : value(value), next(NULL), random(NULL){
    }
};

class CopyListWithRandom {
public:
    RandomListNode* Clone(RandomListNode* pHead)
    {
        if(pHead == NULL)
            return NULL;
        map<RandomListNode*, RandomListNode*> myMap;
        RandomListNode* cur = pHead;
        while(cur != NULL){
            myMap.insert(pair<RandomListNode*, RandomListNode*>(cur, new RandomListNode(cur->value)));
            cur = cur->next;
        }
        cur = pHead;
        while(cur != NULL){
            myMap[cur]->next = myMap[cur->next];
            myMap[cur]->random = myMap[cur->random];
            cur = cur->next;
        }

        return myMap[pHead];
    }
};

运行结果：

测试代码就自己写一下吧，比较简单。这种写法的关键是要掌握map的使用，别的也没有什么了。

至于不用额外空间的写法，那就更逆天了，下次再写吧，哈哈~

感谢各位大佬的阅读。欢迎评论，欢迎点赞~

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