劍指offer第二版-35.復(fù)雜鏈表的復(fù)制

本系列導(dǎo)航:劍指offer(第二版)java實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航帖

面試題35:復(fù)雜鏈表的復(fù)制
題目要求:在復(fù)雜鏈表中解藻,每個(gè)節(jié)點(diǎn)除了有一個(gè)next指針指向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)老充,還有一個(gè)random指針指向鏈表中的任意節(jié)點(diǎn)或null,請(qǐng)完成一個(gè)能夠復(fù)制復(fù)雜鏈表的函數(shù)螟左。

解題思路:
此題定義了一種新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)蚂维,復(fù)雜鏈表。與傳統(tǒng)鏈表的區(qū)別是多了一個(gè)random指針路狮。本題的關(guān)鍵點(diǎn)也就在如何高效地完成random指針的復(fù)制。

解法 時(shí)間復(fù)雜度 空間復(fù)雜度
解法一 o(n^2) o(1)
解法二 o(n) o(n)
解法三 o(n) o(1)

解法一比較直接:
先把這個(gè)復(fù)雜鏈表當(dāng)做傳統(tǒng)鏈表對(duì)待蔚约,只復(fù)制val域與next域(時(shí)間o(n))奄妨,再?gòu)男骆湵淼念^部開(kāi)始,對(duì)random域賦值(時(shí)間o(n^2))苹祟。

package chapter4;
import java.util.HashMap;

/**
 * Created by ryder on 2017/7/18.
 * 復(fù)制復(fù)雜鏈表
 */
public class P187_CopyComplexList {
    public static class ComplexListNode{
        int val;
        ComplexListNode next;
        ComplexListNode random;

        public ComplexListNode(int val) {
            this.val = val;
        }
        @Override
        public String toString() {
            StringBuilder ret = new StringBuilder();
            ComplexListNode cur = this;
            while(cur!=null) {
                ret.append(cur.val);
                if(cur.random!=null)
                    ret.append("("+cur.random.val+")");
                else{
                    ret.append("(_)");
                }
                ret.append('\t');
                cur = cur.next;
            }
            return ret.toString();
        }
    }
    //解法一
    //time:o(n^2) space:o(1) 新鏈表使用的n個(gè)長(zhǎng)度的空間不算入
    //先復(fù)制val與next(時(shí)間o(n))砸抛,再?gòu)?fù)制random域(時(shí)間o(n^2))
    public static ComplexListNode clone1(ComplexListNode head){
        if(head==null)
            return null;
        ComplexListNode newHead = new ComplexListNode(head.val);
        ComplexListNode cur = head.next;
        ComplexListNode newCur = null;
        ComplexListNode newCurPrev = newHead;
        while (cur!=null){
            newCur = new ComplexListNode(cur.val);
            newCurPrev.next = newCur;
            newCurPrev = newCurPrev.next;
            cur = cur.next;
        }
        cur = head;
        newCur = newHead;
        ComplexListNode temp = head;
        ComplexListNode newTemp = newHead;
        while(cur!=null){
            if(cur.random!=null){
                temp = head;
                newTemp = newHead;
                while (temp!=cur.random){
                    temp = temp.next;
                    newTemp = newTemp.next;
                }
                newCur.random = newTemp;
            }
            cur = cur.next;
            newCur = newCur.next;
        }
        return newHead;
    }
    public static void main(String[] args){
        ComplexListNode head = new ComplexListNode(1);
        ComplexListNode c2 = new ComplexListNode(2);
        ComplexListNode c3 = new ComplexListNode(3);
        ComplexListNode c4 = new ComplexListNode(4);
        ComplexListNode c5 = new ComplexListNode(5);
        head.next = c2;
        head.random = c3;
        head.next.next = c3;
        head.next.random = c5;
        head.next.next.next = c4;
        head.next.next.next.next = c5;
        head.next.next.next.random = c2;
        System.out.println("original:"+'\t'+head);
        System.out.println("clone1:  "+'\t'+clone1(head));
        System.out.println("clone2:  "+'\t'+clone2(head));
        System.out.println("clone3:  "+'\t'+clone3(head));
    }
}

解法二是用空間換時(shí)間:
解法一時(shí)間復(fù)雜度高的原因在于確定random域的費(fèi)時(shí),即假設(shè)原鏈表第m個(gè)節(jié)點(diǎn)指向第k個(gè)節(jié)點(diǎn)树枫,而在新鏈表的第m個(gè)節(jié)點(diǎn)處無(wú)法直接得到第k個(gè)節(jié)點(diǎn)直焙,需從頭遍歷。很自然的想法是用一個(gè)哈希表記錄舊鏈表每個(gè)節(jié)點(diǎn)到新鏈表對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的映射砂轻,從而可以將時(shí)間復(fù)雜度降低為o(n)奔誓。

    //解法二
    //time:o(n) space:o(n)
    //使用o(n)的空間,換取了時(shí)間復(fù)雜度的降低
    public static ComplexListNode clone2(ComplexListNode head) {
        if(head==null)
            return null;
        HashMap<ComplexListNode,ComplexListNode> oldToNew = new HashMap<>();
        ComplexListNode newHead = new ComplexListNode(head.val);
        oldToNew.put(head,newHead);
        ComplexListNode cur = head.next;
        ComplexListNode newCur = null;
        ComplexListNode newCurPrev = newHead;
        while (cur!=null){
            newCur = new ComplexListNode(cur.val);
            oldToNew.put(cur,newCur);
            newCurPrev.next = newCur;
            newCurPrev = newCurPrev.next;
            cur = cur.next;
        }
        cur = head;
        newCur = newHead;
        while(cur!=null){
            if(cur.random!=null){
                newCur.random = oldToNew.get(cur.random);
            }
            cur = cur.next;
            newCur = newCur.next;
        }
        return newHead;
    }

解法三:
思路很巧妙搔涝。將復(fù)制的任務(wù)分為如下三個(gè)部分:
1)cloneNodes完成新鏈表節(jié)點(diǎn)的創(chuàng)建厨喂,僅對(duì)val域賦值,且每個(gè)新節(jié)點(diǎn)接在原鏈表對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的后面庄呈。如A->B->C,處理完后為A->A'->B->B'->C->C'蜕煌,時(shí)間復(fù)雜度o(n)。
2)connectRandomNode完成random域的賦值诬留。假設(shè)A.random=C,我們需要設(shè)置A'.random=C'斜纪,此處獲取C'可以在o(1)的時(shí)間復(fù)雜度完成贫母,全部賦值完畢時(shí)間復(fù)雜度為o(n)。
3)reconnectNodes就是將上述鏈表重組盒刚,使A->A'->B->B'->C->C'變?yōu)锳->B->C腺劣,A'->B'->C'。此處需要注意尾部null的處理伪冰。

    //解法三
    //time:o(n) space:o(1)
    public static ComplexListNode clone3(ComplexListNode head) {
        if(head==null)
            return null;
        cloneNodes(head);
        connectRandomNodes(head);
        return reconnectNodes(head);
    }
    public static void cloneNodes(ComplexListNode head){
        ComplexListNode cur = head;
        ComplexListNode temp = null;
        while (cur!=null){
            temp = new ComplexListNode(cur.val);
            temp.next = cur.next;
            cur.next = temp;
            cur = cur.next.next;
        }
    }
    public static void connectRandomNodes(ComplexListNode head){
        ComplexListNode cur = head;
        ComplexListNode curNext = head.next;
        while (true){
            if(cur.random!=null)
                curNext.random = cur.random.next;
            cur = cur.next.next;
            if(cur == null)
                break;
            curNext = curNext.next.next;
        }
    }
    public static ComplexListNode reconnectNodes(ComplexListNode head){
        ComplexListNode newHead = head.next;
        ComplexListNode cur = head;
        ComplexListNode newCur = newHead;
        while (true){
            cur.next = cur.next.next;
            cur = cur.next;
            if(cur==null){
                newCur.next = null;
                break;
            }
            newCur.next = newCur.next.next;
            newCur = newCur.next;
        }
        return newHead;
    }

運(yùn)行結(jié)果

original:   1(3)    2(5)    3(_)    4(2)    5(_)    
clone1:     1(3)    2(5)    3(_)    4(2)    5(_)    
clone2:     1(3)    2(5)    3(_)    4(2)    5(_)    
clone3:     1(3)    2(5)    3(_)    4(2)    5(_)    
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