面试题（三十五）复杂链表的复制

题目： 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）

思路：
解法一：以空间换时间。整个过程分两步：首先遍历原链表，创建复制结点，并完成复制节点的val、next域的赋值，此过程中建立一个Map，存储原节点和其复制节点的映射关系。然后第二次遍历原链表，完成链表中节点的random域赋值，这一过程使用前一步的Map，在O(1)时间内找到该节点的random节点。

代码实现（已在牛客网AC）：

import java.util.HashMap;

public class Solution {

    public RandomListNode Clone(RandomListNode pHead)
    {
        if(pHead == null)
            return null;
        RandomListNode node = pHead;

        int length = 0;
        while(node != null){
            length++;
            node = node.next;
        }
        //建立原节点和复制节点的映射关系
        HashMap map = new HashMap<>(length);
        RandomListNode[] copyList = new RandomListNode[length];
        node = pHead;
        for(int i = 0; i < length; i++){
            copyList[i] = new RandomListNode(node.label);
            map.put(node,copyList[i]);
            node = node.next;
        }
        node = pHead;
        int i;
        for(i = 0; i < length-1; i++)
        {
         copyList[i].next = copyList[i+1];
         //复制节点的random应该指向HashMap中node.random的映射
         copyList[i].random = map.get(node.random);
         node = node.next;
        }  
        copyList[i].next = null;
        copyList[i].random = map.get(node.random);
        return copyList[0];
    }

}

时空复杂度：通过建立哈希映射，将时间复杂度降低到O(n)。

解法二：在不使用辅助空间的情况下实现O(n)的时间效率。解法分三步：
1）根据原始链表的每个节点N创建对应的N’，并把每个N’链接在N的后面（考查链表的插入操作）。
2）设置复制节点的random。假设原链表上节点N的random指向节点S，由于复制节点N’是N的next指向的节点，故N’的random应该指向S的next指向的节点。
3）将前两步所形成的长链表分为两个链表。

代码实现（已在牛客网AC）：

/*
public class RandomListNode {
    int label;
    RandomListNode next = null;
    RandomListNode random = null;

    RandomListNode(int label) {
        this.label = label;
    }
}
*/
public class Solution {
    public RandomListNode Clone(RandomListNode pHead)
    {
        GenerateCopyList(pHead);
        ConnectSiblingNodes(pHead);
        return ReconnectNodes(pHead);
    }
    //第一步
    private void GenerateCopyList(RandomListNode pHead){
        if(pHead == null)
            return;
        RandomListNode node = pHead;
        while(node != null){
            RandomListNode copy = new RandomListNode(node.label);
            copy.next = node.next;
            node.next = copy;
            node = copy.next;
        }
    }

    private void ConnectSiblingNodes(RandomListNode pHead){
        if(pHead == null)
            return;
        RandomListNode node = pHead;
        while(node != null){
            RandomListNode pCloned = node.next;
            if(node.random != null){
                pCloned.random = node.random.next;
            }
            node = pCloned.next;
        }
    }

    private RandomListNode ReconnectNodes(RandomListNode pHead){
         // 多设一个表头指针，专门用来返回
        RandomListNode cloneHead = null;
        RandomListNode cloneNode = null;
        RandomListNode node = pHead;

        if(node != null){
             cloneHead = node.next;
             cloneNode = node.next;
             node.next = cloneNode.next;
             node = node.next;
        }
        // 注意cloneNode和node都是一次移动两个节点
        while(node != null){
            cloneNode.next = node.next;
            cloneNode = cloneNode.next;
            node.next = cloneNode.next;
            node = node.next;
        }
        return cloneHead;




    }
}