力扣 Hot 100 刷题记录 - 随机链表的复制

力扣 Hot 100 刷题记录 - 随机链表的复制

题目描述

随机链表的复制 是力扣 Hot 100 中的一道经典题目，题目要求如下：

给你一个长度为 n 的链表，每个节点包含一个额外增加的随机指针 random，该指针可以指向链表中的任何节点或空节点。

构造这个链表的 深拷贝。深拷贝应该正好由 n 个全新节点组成，其中每个新节点的值都设为其对应的原节点的值。新节点的 next 指针和 random 指针也都应指向复制链表中的新节点，并使原链表和复制链表中的这些指针能够表示相同的链表状态。复制链表中的指针都不应指向原链表中的节点。

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]]

示例 2：
输入：head = [[1,1],[2,1]]
输出：[[1,1],[2,1]]

示例 3：
输入：head = [[3,null],[3,0],[3,null]]
输出：[[3,null],[3,0],[3,null]]

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解题思路

这道题的核心是复制一个带有随机指针的链表，难点在于如何处理 random 指针的指向。常用的方法是 哈希表 或 原地复制，具体步骤如下：

1. 哈希表法：

   • 使用哈希表存储原节点和新节点的映射关系。
   • 第一次遍历链表，创建新节点并建立映射。
   • 第二次遍历链表，根据哈希表设置新节点的 next 和 random 指针。

2. 原地复制法：

   • 在原链表的每个节点后面插入一个新节点，新节点的值与原节点相同。
   • 设置新节点的 random 指针。
   • 分离原链表和新链表。

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C++ 代码实现

方法一：哈希表法

/*
// Definition for a Node.
class Node {
public:
    int val;
    Node* next;
    Node* random;
    
    Node(int _val) {
        val = _val;
        next = nullptr;
        random = nullptr;
    }
};
*/
class Solution {
public:
    Node* copyRandomList(Node* head) {
        if (!head) return nullptr;

        // 哈希表：原节点 -> 新节点
        unordered_map<Node*, Node*> map;

        // 第一次遍历：创建新节点并建立映射
        Node* curr = head;
        while (curr) {
            map[curr] = new Node(curr->val);
            curr = curr->next;
        }

        // 第二次遍历：设置新节点的 next 和 random 指针
        curr = head;
        while (curr) {
            map[curr]->next = map[curr->next];
            map[curr]->random = map[curr->random];
            curr = curr->next;
        }

        return map[head]; // 返回新链表的头节点
    }
};
### 方法一：原地复制法
class Solution {
public:
    Node* copyRandomList(Node* head) {
        if (!head) return nullptr;

        // 第一步：在每个原节点后面插入一个新节点
        Node* curr = head;
        while (curr) {
            Node* newNode = new Node(curr->val);
            newNode->next = curr->next;
            curr->next = newNode;
            curr = newNode->next;
        }

        // 第二步：设置新节点的 random 指针
        curr = head;
        while (curr) {
            if (curr->random) {
                curr->next->random = curr->random->next;
            }
            curr = curr->next->next;
        }

        // 第三步：分离原链表和新链表
        Node* newHead = head->next;
        curr = head;
        while (curr) {
            Node* newNode = curr->next;
            curr->next = newNode->next;
            if (newNode->next) {
                newNode->next = newNode->next->next;
            }
            curr = curr->next;
        }

        return newHead; // 返回新链表的头节点
    }
};