【LeetCode】数据结构题解（9）[复制带随机指针的链表]

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1.题目来源

LeetCode:复制带随机指针的链表

2.题目描述

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 。
例如，如果原链表中有 X 和 Y 两个节点，其中 X.random --> Y 。那么在复制链表中对应的两个节点 x 和 y ，同样有 x.random --> y 。
返回复制链表的头节点。
用一个由 n 个节点组成的链表来表示输入/输出中的链表。每个节点用一个 [val, random_index] 表示：
val：一个表示 Node.val 的整数。
random_index：随机指针指向的节点索引（范围从 0 到 n-1）；如果不指向任何节点，则为 null 。
你的代码 只 接受原链表的头节点 head 作为传入参数。

3.解题思路

• 我们分析一下题目的要求：复制一个长度为n的链表，其中节点里面包含了一个val值和一个random随机指针，这个指针可指向链表中的任意一个节点包括了NULL。
• 如果题目只是要求复制一个长度为n的链表，并且复制val值的话就简单的多了。直接遍历原链表，把值都一一复制过来就行了。但是题目多加了一个条件，就是random值。复制节点的值很简单，但是random是一个指向节点的指针，当我们复制链表的时候，我们新的链表节点的地址肯定是与原链表节点的地址是不一样的，即使遍历了原链表的random值也找不到新链表的random值， 所以找到random值是一个难点。
• 那既然这样我们便可以创建一个长度为n+1的整形数组，用来记录每个节点距离头节点的距离包括了NULL。这样的话我们就可以先遍历原链表，把每个节点random所指向的值计入到数组当中，然后复制链表的时候，根据这个数组来找到random指向的值。这固然是一种方法，但是他的 空间复杂度：O(n)，时间复杂度：O(n^2)，并不是一个好的解题方法。
• 那怎么才可以在遍历原数组的过程中就可以确定复制链表的random值呢？那我们就可以从原链表出发。于是我们就想到了，如果我们把每个要复制的节点都插入到被复制节点的后面（也就是每个原节点的后面）这样的话，就很好的解决了找random值这一问题。我们原节点->random->next == 复制节点->random。

• 完成复制与以及给random赋值完后，就可以把复制节点断开，一一链接成链表，并且恢复原链表
  

4.代码展示

struct Node* copyRandomList(struct Node* head) 
{

    //第一步，把每个拷贝节点链接到原节点出
    struct Node* cur = head;
    while (cur)
    {
        struct Node* Next = cur->next;
        //开辟赋值节点
        struct Node* copyNode = (struct Node*)malloc(sizeof(struct Node));
        //给节点拷贝val值
        copyNode->val = cur->val;
        cur->next = copyNode;
        copyNode->next = Next;
        cur = Next;
    }
    //第二步，给random赋值
    cur = head;
    while (cur)
    {
        struct Node* copyNode = cur->next;
        if (cur->random == NULL)
        {
            copyNode->random = NULL;
        }
        else
        {
            copyNode->random = cur->random->next;
        }
        cur = copyNode->next;
    }
    //第三步，链接赋值链表，并恢复原链表
    cur = head;
    struct Node* copyhead = NULL, *copyCur = NULL;
    while (cur)
    {
        struct Node* copy = cur->next;
        struct Node* Next = copy->next;

        if (copyhead == NULL)
        {
            copyhead = copyCur = copy;
        }
        else
        {
            copyCur->next = copy;
            copyCur = copyCur->next;
        }
        cur->next = Next;
        cur = Next;
    }

    return copyhead;

}