剑指 Offer 35. 复杂链表的复制

大家好，我是吴师兄。

今天继续来学习《剑指Offer》系列的一道经典题目，依旧给出了非常详细的题解和精美的配图与动画。

一、题目描述

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 。

二、题目解析

对于链表中的每个节点来说，它都有三个特征：

• 值为 val
• 一个指向下一个节点的指针 next
• 一个指向随机节点的指针 random

要想复制这样一个复杂链表必须要考虑到这三个特征。

如果没有 random 指针的话，那就是普通的链表，只需要遍历链表，然后每轮创建新节点，同时赋值 val 和调整前驱指针指向当前节点就行。

这题出现了 random 指针，由于它可以指向 null 、前面的节点或者后面的节点， 无法做到在一次遍历的过程中就确定下来，因为如果是指向后面的节点，但后面的节点还没有创建生成，无法确定。

所以，我们需要在一开始把所有的节点都创建出来，避免 random 找不到指向，同时观察上图，每个节点都通过 random 对应着一个新的节点，这种一一对应的关系，符合哈希表的特征。

此时的哈希表以原链表的节点作为键，新创建的节点作为值。

原链表（Key）中的每个节点都有 next 和 random 指针，而新链表（Value） 没有 next 和 random 指针。

需要通过第二次的遍历过程进行指针指向的调整。

在第二次遍历过程中，以原链表中的节点作为键，查找当前原节点的指针指向，然后调整新节点的指针指向。

为了帮助你更好的理解整个过程，我特意做了一组动画，点开可以查看：

三、参考代码

// 登录 AlgoMooc 官网获取更多算法图解
// https://www.algomooc.com
// 作者：程序员吴师兄
class Solution {
    public Node copyRandomList(Node head) {
        // 边界判断，一般链表的题目都需要判断头节点是否为空
        if(head == null ) return null;
        // 从链表的头节点开始遍历
        Node cur = head;
        // 使用一一对应的哈希表结构 Map 存放已经创建的节点
       Map<Node,Node> map = new HashMap<>();

        // 遍历原链表
        while( cur != null ) {
            // 以原链表的节点为 Key，构建一个 Map
            // Map 的 Value 为一个新链表中的节点
            // 新节点的值 val 和原链表的值 val 一样
            // 但原链表中的每个节点都有 next 和 random 指针，而 Map 中的 Value 没有 next 和 random 指针
            // map.put(Key,Value)
            Node newNode = new Node(cur.val);

            map.put(cur,newNode);

            // 查看下一个节点的情况
            cur = cur.next;
        }

        // 再次从链表的头节点开始遍历
        cur = head;

        // 遍历原链表
        while( cur != null ) {

            // 原链表节点 ----  新链表节点
            // key      ----- value
            // cur      ----- map.get(cur)

            // 0、在字典中找到一个 cur 为 key 对应的那个 value 值
            Node valueCur = map.get(cur);
            // 接下来，需要去寻找 valueCur 的 next 节点和 random 节点

            // 寻找 valueCur 的 next 节点
            // 1、获取当前节点 cur 在原链表中的 next 指针指向的节点
            Node keyNextNode  = cur.next;
            // 2、在字典中找到以 keyNextNode 为 key 对应的那个 value 值
            Node valueNextNode =  map.get(keyNextNode);
            // 3、那么新链表中的这个节点的 next 指针就是 valueNextNode
            valueCur.next = valueNextNode;

            // 寻找 valueCur 的 random 节点
            // 1、获取当前节点 cur 在原链表中的 random 指针指向的节点
             Node keyRandomNode =  cur.random;
            // 2、在字典中找到以 valueRandomNode 为 key 对应的那个 value 值
             Node valueRandomNode =  map.get(keyRandomNode);
            // 4、那么新链表中的这个节点的 next 指针就是 valueNextNode
            valueCur.random = valueRandomNode;
        
            //遍历下去，查看下一个节点
            cur = cur.next;
            
        }
        // 原链表节点 ----  新链表节点
        // key      ----- value
        // cur      ----- map.get(cur)
        // head     ----- map.get(head)
        return map.get(head);
    }
}