138. 复制带随机指针的链表

1. 题目

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。

示例 1：

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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：

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

示例 3：

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

提示：

  • 0 <= n <= 1000
  • -10^4 <= Node.val <= 10^4
  • Node.random 为 null 或指向链表中的节点。

2. 思路

  • 已知题目要求构建深拷贝链表，链表中存在next指针和random指针
  • 初始化result节点作为头指针，初始化node节点作为新链表的实时指针，同时初始化哈希表map用于记录老节点对应的新节点，因为节点的 random指针会存在多个重复的节点，意味着如果节点重复无需重复创建，可以对重复的节点进行引用
  • 遍历head链表，从map中取出当前节点的新节点（这一步是因为前序节点中可能有random引用了该节点），如有则直接使用已有节点，若🈚️则创建新节点并置入哈希表map中
  • 更新当前节点的next后同步更新对应节点的random指针
  • 完成head链表遍历后，直接返回result.next作为结果链表

3. 代码

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/*
// Definition for a Node.
class Node {
    int val;
    Node next;
    Node random;

    public Node(int val) {
        this.val = val;
        this.next = null;
        this.random = null;
    }
}
*/

class Solution {
    public Node copyRandomList(Node head) {
        if (head == null) {
            return null;
        }

        var result = new Node(-1);
        var node = result;
        var map = new HashMap<Node, Node>();


        while (head != null) {
            var existNewNode = map.get(head);
            if (existNewNode == null) {
                existNewNode = new Node(head.val);
                map.put(head, existNewNode);
            }
            node.next = existNewNode;
            node = node.next;

            var existNewRandomNode = map.get(head.random);
            if (existNewRandomNode == null && head.random != null) {
                existNewRandomNode = new Node(head.random.val);
                map.put(head.random, existNewRandomNode);
            }
            node.random = existNewRandomNode;
            
            head = head.next;
        }

        return result.next;
    }
}

4. 复杂度

  • 时间复杂度：O(n)
  • 空间复杂度：O(n)

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