【链表】Leetcode 138. 随机链表的复制【中等】

随机链表的复制

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：
在这里插入图片描述
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]]

解题思路

使用哈希表来存储原链表节点和复制链表节点的对应关系。
第一次遍历：创建新节点并构建原链表节点和新节点的映射关系。同时，复制节点的 val 值和 next 指针。
第二次遍历：根据原链表的 random 指针，为复制链表的对应节点设置 random 指针。

java实现

class Node {
    int val;
    Node next;
    Node random;

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

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

        // 第一次遍历：创建新节点并构建原链表节点和新节点的映射关系
        Map<Node, Node> map = new HashMap<>();
        Node current = head;

        while (current != null) {
            map.put(current, new Node(current.val));
            current = current.next;
        }

        // 第二次遍历：根据原链表的 random 指针，为复制链表的对应节点设置 random 指针
        current = head;
        while (current != null) {
            Node copyNode = map.get(current);
            copyNode.next = map.get(current.next);
            copyNode.random = map.get(current.random);
            current = current.next;
        }

        return map.get(head);
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 构造链表 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5
        Node head = new Node(1);
        head.next = new Node(2);
        head.next.next = new Node(3);
        head.next.next.next = new Node(4);
        head.next.next.next.next = new Node(5);

        // 设置 random 指针
        head.random = head.next.next;  // 1.random --> 3
        head.next.random = head.next.next.next;  // 2.random --> 4
        head.next.next.random = head;  // 3.random --> 1
        head.next.next.next.random = null;  // 4.random --> null
        head.next.next.next.next.random = head.next;  // 5.random --> 2

        // 调用 copyRandomList 方法进行深拷贝
        DeepCopyLinkedList solution = new DeepCopyLinkedList();
        Node copiedHead = solution.copyRandomList(head);

        // 打印复制链表
        while (copiedHead != null) {
            System.out.print("[" + copiedHead.val +
                             ", " + (copiedHead.random != null ? copiedHead.random.val : "null") +
                             "] ");
            copiedHead = copiedHead.next;
        }
        // 输出：[1, 3] [2, 4] [3, 1] [4, null] [5, 2]
    }
}