本文最后更新于:2020年11月13日 晚上

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:

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。

注意:本题与主站138题相同。

解题思路:

普通链表的节点定义如下:

# Definition for a Node:
class Node:
	def __init__(self, x, next):
		self.val = int(x)
		self.next = next

本题链表的节点定义如下:

# Definition for a Node.
class Node:
	def __init__(self, x, next, random):
	self.val = int(x)
	self.next = next
	self.random = random

给定链表的头节点head,复制普通链表很简单,只需遍历链表,每轮建立新节点+构建前驱节点和当前节点node的引用指向即可。

本题链表的节点新增了random指针,指向链表的任意节点或者null。这个random指针意味着在复制过程中,除了构建前驱节点和当前节点的引用指向pre.next,还要构建前驱节点和其随机节点的引用指向pre.random。

本题难点:在复制链表的过程中构建新链表各节点的random引用指向。

class Solution:
    def copyRandomList(self, head):
        cur = head
        dum = pre = Node(0)
        while cur:
            node = Node(cur.val)# 复制节点cur
            pre.next = node
            # pre.random = "???"
            cur = cur.next
            pre = node
        return dum.next

本文介绍哈希表,拼接+拆分两种方法。哈希表方法比较直观;拼接+拆分方法的空间复杂度更低。

方法一:哈希表

利用哈希表的查询特点,考虑构建原链表节点和新链表对应节点的键值对映射关系,再遍历构建新链表各节点的next和random引用指向即可。

算法流程:

  1. 若头节点head为空节点,直接返回null;
  2. 初始化:哈希表dic,节点cur指向头节点;
  3. 复制链表:
    1. 建立新节点,并向dic添加键值对(原cur节点,新cur节点);
    2. cur遍历至原链表下一节点;
  4. 构建新链表的引用指向:
    1. 构建新节点的next和random引用指向;
    2. cur遍历至原链表下一节点;
  5. 返回值:新链表的头节点dic[cur];

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dic使用线性大小的额外空间。
class Solution:
    def copyRandomList(self, head):
        if not head: return
        dic = {}
        # 3.复制各节点,并建立原节点->新节点的Map映射
        cur = head
        while cur:
            dic[cur] = Node(cur.val)
            cur = cur.next
        cur = head
        # 4.构建新节点的next和random指向
        while cur:
            dic[cur].next = dic.get(cur.next)
            dic[cur].random = dic.get(cur.random)
            cur = cur.next
         # 5.返回新链表的头节点
        return dic[head]

方法二:拼接+拆分

考虑构建原节点1->新节点1->原节点2->新节点2->…的拼接链表,如此便可在访问原节点的random指向节点的同时找到新对应新节点的random指向节点。

算法流程:

  1. 复制各节点,构建拼接链表:

    设原链表为node1->node2->…,构建的拼接链表如下所示:

    node1->node1new->node2->node2new->…

  2. 构建新链表各节点的random指向:

    当访问原节点cur的随机指向节点cur.random时,对应新节点cur.next的随机指向节点为cur.random.next。

  3. 拆分原/新链表:

    设置pre/cur分别指向原/新链表头节点,遍历执行pre.next=pre.next.next和cur.next = cur.next.next将两链表拆分开。

  4. 返回新链表的头节点res即可。

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。
class Solution:
	def copyRandomList(self, head):
		if not head: return
		cur = head
        # 1.复制各节点,并构建拼接链表
        while cur:
            temp = Node(cur.val)
            temp.next = cur.next
            cur.next = temp
            cur = temp.next
        # 2.构建各新节点的random指向
        cur = head
        while cur:
            if cur.random:
                cur.next.random = cur.random.next
            cur = cur.next.next
        # 3.拆分两链表
        cur = res = head.next
        pre = head
        while cur.next:
            pre.next = pre.next.next
            cur.next = cur.next.next
            pre = pre.next
            cur = cur.next
        pre.next = None
        return res
"""
# Definition for a Node.
class Node:
	def __init__(self, x, next):
		self.val = int(x)
		self.next = next
		self.random = random
"""
class Solution:
    def copyRandomList(self, head):

本博客所有文章除特别声明外,均采用 CC BY-SA 4.0 协议 ,转载请注明出处!

剑指Offer58-II.左旋转字符串 上一篇
剑指Offer30-包含min函数的栈 下一篇