算法题 - 复杂链表的复制

问题描述：

复杂链表的复制

请实现函数ComplexListNode* Clone(ComplexListNode*pHead)，复制一个复杂链表。在复杂链表中，每个节点除了有一个m_pNext指针指向下一个节点，还有一个m_pSibling指针指向链表中的任意节点或者nullptr。

节点的C++定义如下（后面代码均为C++代码段）：

struct ComplexListNode
{
int                m_nValue;
ComplexListNode*   m_pNext;
ComplexListNode*   m_pSibling;
};

例如（一个包含5个节点的复杂链表）：

问题分析：

总结一下昨天小米算法校招现场面试，首先是，面试官很 nice，就是你不会，人家也会引导你，很有耐心。一面的时候比较基础，各种算法推导等，出了一个二叉树的遍历（S 型遍历，层次遍历的一种，广度优先队列实现即可）。二面的时候，先做两道算法题目，第一个就是本次要总结的题目《复杂链表的复制》，比较遗憾，当时没能给出时间复杂度为O(n) 解决方法，这也是要总结的原因，第二个题目是《二叉树的最近公共祖先》，这个倒是给出了解决方法。后来看了一下，发现那个题目是《剑指offer》上的，看来还是自己没准备好呀。现在参考这本学习一下，书中提供了三种方法，前两中，面试的时想到了，现在就学习一下最后一种方法（时间复杂度O(n)，空间复杂度为O(1) ），具体思路分三步：

（1） 对应着原始链表中的每一个节点，复制，并插入当前节点的后面（这一过程只操作m_pNext指针，看下图，新复制的节点表示为：$N^{{}^{\prime }}$）

节点复制代码如下：

void CloneNodes(ComplexListNode* pHead)
{
    ComplexListNode* pNode = pHead;
    while(pNode != nullptr)
    {
        ComplexListNode* pCloned = new ComplexListNode();
        pCloned->m_nValue = pNode->m_nValue;
        pCloned->m_pNext = pNode->m_pNext;
        pCloned->m_pSibling = nullptr;
 
        pNode->m_pNext = pCloned;
 
        pNode = pCloned->m_pNext;
    }
}

（2） 在 （1） 的基础上，把每个新复制的节点m_pSibling指针信息补上，怎么补？看一个例子，假设原始链表上的节点 N 的m_pSibling指针指向节点 S，很显然此时，N 的m_pNext 指向 $N^{{}^{\prime }}$ ，S 的m_pNext 指向 $S^{{}^{\prime }}$ ，利用这些信息，就可以完成m_pSibling信息补全。补全后如下图：

节点 m_pSibling 补全代码如下：

void ConnectSiblingNodes(ComplexListNode* pHead)
{
    ComplexListNode* pNode = pHead;
    while(pNode != nullptr)
    {
        ComplexListNode* pCloned = pNode->m_pNext;
        if(pNode->m_pSibling != nullptr)
        {
            pCloned->m_pSibling = pNode->m_pSibling->m_pNext;
        }
 
        pNode = pCloned->m_pNext;
    }
}

（3） 把 （2） 得到链表拆分成两链表，奇数位节点重新恢复为原始链表，偶数位节点重新连接，就得到了，新复制的链表。

重组代码如下：

ComplexListNode* ReconnectNodes(ComplexListNode* pHead)
{
    ComplexListNode* pNode = pHead;
    ComplexListNode* pClonedHead = nullptr;
    ComplexListNode* pClonedNode = nullptr;
 
    if(pNode != nullptr)
    {
        pClonedHead = pClonedNode = pNode->m_pNext;
        pNode->m_pNext = pClonedNode->m_pNext;
        pNode = pNode->m_pNext;
    }
 
    while(pNode != nullptr)
    {
        pClonedNode->m_pNext = pNode->m_pNext;
        pClonedNode = pClonedNode->m_pNext;
 
        pNode->m_pNext = pClonedNode->m_pNext;
        pNode = pNode->m_pNext;
    }
 
    return pClonedHead;
}

声明： 总结学习，有问题或不妥之处，可以批评指正哦。

参考说明：

题目、图片来源：《剑指offer》第二版，现场面试题
书中、代码参考：github.com/zhedahht/CodingInterviewChinese2/blob/master/35_CopyComplexList/CopyComplexList.cpp