剑指 Offer 35.复杂链表的复制

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今天分享的题目来源于 LeetCode 上的剑指 Offer 系列 面试题 35.复杂链表的复制

题目汇总链接:https://www.algomooc.com/jianzhioffer

一、题目描述

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

示例 1:

复杂链表的复制

输入:head = [[7,null],[13,0],[11,4],[10,2],[1,0]]
输出:[[7,null],[13,0],[11,4],[10,2],[1,0]]

提示:

  • -10000 <= Node.val <= 10000
  • Node.random 为空(null)或指向链表中的节点。
  • 节点数目不超过 1000 。

二、题目解析

我们依旧用 四步分析法 进行结构化的分析。

  • 模拟:模拟题目的运行。
  • 规律:尝试总结出题目的一般规律和特点。
  • 匹配:找到符合这些特点的数据结构与算法。
  • 边界:考虑特殊情况。

1、模拟

对于链表中的每个节点来说,它都有三个特征:

  • 值为 val
  • 一个指向下一个节点的指针 next
  • 一个指向随机节点的指针 random

要想复制这样一个复杂链表必须要考虑到这三个特征。

如果没有 random 指针的话,那就是普通的链表,只需要遍历链表,然后每轮创建新节点,同时赋值 val 和调整前驱指针指向当前节点就行。

这题出现了 random 指针,由于它可以指向 null 、前面的节点或者后面的节点, 无法做到在一次遍历的过程中就确定下来,因为如果是指向后面的节点,但后面的节点还没有创建生成,无法确定。

所以,我们需要在一开始把所有的节点都创建出来,避免 random 找不到指向,同时观察上图,每个节点都通过 random 对应着一个新的节点,这种一一对应的关系,符合哈希表的特征。

此时的哈希表以原链表的节点作为键,新创建的节点作为值

面试题 35.复杂链表的复制完整.003

面试题 35.复杂链表的复制完整.005

原链表(Key)中的每个节点都有 next 和 random 指针,而新链表(Value) 没有 next 和 random 指针。

需要通过第二次的遍历过程进行指针指向的调整。

在第二次遍历过程中,以原链表中的节点作为键,查找当前原节点的指针指向,然后调整新节点的指针指向。

面试题 35.复杂链表的复制完整.009

2、规律

3、匹配

数据结构为链表,遍历方式使用 while 的方式。

4、边界

  • 链表为空

三、动画描述

四、图片描述

面试题 35.复杂链表的复制完整.002

面试题 35.复杂链表的复制完整.003

面试题 35.复杂链表的复制完整.004

面试题 35.复杂链表的复制完整.005

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面试题 35.复杂链表的复制完整.008

面试题 35.复杂链表的复制完整.009

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面试题 35.复杂链表的复制完整.011

面试题 35.复杂链表的复制完整.012

面试题 35.复杂链表的复制完整.013

面试题 35.复杂链表的复制完整.014

面试题 35.复杂链表的复制完整.015

面试题 35.复杂链表的复制完整.016

五、参考代码

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// https://www.algomooc.com
class Solution {
    public Node copyRandomList(Node head) {
        // 边界判断,一般链表的题目都需要判断头节点是否为空
        if(head == null) return null;
        // 从链表的头节点开始遍历
        Node cur = head;
        // 使用一一对应的哈希表结构 Map 存放已经创建的节点
        Map<Node, Node> map = new HashMap<>();
        // 遍历原链表
        while(cur != null) {
            // 以原链表的节点为 Key,构建一个 Map, Map 的 Value 为一个新链表中的节点,新节点的值 val 和原链表的值 val 一样,但原链表中的每个节点都有 next 和 random 指针,而 Map 中的 Value 没有 next 和 random 指针
          // map.put(Key,Value)
            map.put(cur, new Node(cur.val));
            cur = cur.next;
        }
        // 再次从链表的头节点开始遍历
        cur = head;
        // 遍历原链表
        while(cur != null) {
            // 1、取出 Map 中 Key 为 cur 的那个节点值,即 Value 值,新节点,暂时没有 next 和 random 指针
            // 2、取出 Map 中 Key 为 cur.next 的那个节点,将其赋值给上述的 Value 的 next 指针
            // 3、取出 Map 中 Key 为 cur.random 的那个节点,,将其赋值给上述的 Value 的 random 指针   
            map.get(cur).next = map.get(cur.next);

            map.get(cur).random = map.get(cur.random);

            //遍历下去
            cur = cur.next;
        }
        // 返回结果
        return map.get(head);
    }
}

六、复杂度分析

时间复杂度

时间复杂度为 O(N)。

空间复杂度

空间复杂度为 O(N)。

七、相关标签

  • 链表

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