【哈希表】复制带随机指针的链表

题目

138. 复制带随机指针的链表

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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：

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：

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

示例 3：

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

提示：

• 0 <= n <= 1000
• -104 <= Node.val <= 104
• Node.random 为 null 或指向链表中的节点。

解题

方法一：哈希表

思路

维护一个映射(map)，其中对应关系是 { 原链表中的节点: random 属性指向 key 的新链表节点组成的集合 } (key 指的是键，也就是原链表中的节点)

第一次遍历一边新建链表，并保持对应 next 指针，一边填充映射(map)

第二次遍历把新链表中的 random 指针按照映射中的关系恢复：

• 如果映射中键包含原链表当前遍历到的节点(oriCurr)

  • 把新链表节点组成的集合(map.get(oriCurr))取出来

  • 把集合中的每个新链表节点的 random 属性都置为新链表当前遍历到的节点(newCurr)

    (因为 oriCurr 与 newCurr 是同时向后推的，所以这里可以认为：newCurr 就是 oriCurr 对应的深拷贝)

• oriCurr 与 newCurr 向后推

代码

class Solution {
    public Node copyRandomList(Node head) {
        Map<Node, List<Node>> map = new HashMap<>();
        Node oriCurr = head, dummy = new Node(0), newPrev = dummy;
        while (oriCurr != null) {
            Node newCurr = new Node(oriCurr.val);
            Node oriCurrRandom = oriCurr.random;
            if (oriCurrRandom != null) {
                map.putIfAbsent(oriCurrRandom, new ArrayList<>());
                map.get(oriCurrRandom).add(newCurr);
            }
            newPrev.next = newCurr;
            oriCurr = oriCurr.next;
            newPrev = newCurr;
        }
        oriCurr = head;
        Node newCurr = dummy.next;
        while (newCurr != null) {
            if (map.containsKey(oriCurr)) {
                for (Node node : map.get(oriCurr)) {
                    node.random = newCurr;
                }
            }
            newCurr = newCurr.next;
            oriCurr = oriCurr.next;
        }
        return dummy.next;
    }
}

方法二：哈希表

思路

维护一个哈希表(map)，键是原链表中的节点，值是新链表中克隆出的节点。

遍历链表，把所有节点对加入哈希表中（此时新链表中的每个节点都还是独立的，没有任何连接关系）。

再遍历一次原链表，对于遍历到的每个原链表节点(curr)，把每个对应的新节点（map[curr]）的后继指针和随机指针分别指向 原节点的后继节点(curr.next) 和 原节点的随机节点(curr.random) 通过哈希表对应的新节点上。

最后返回头节点在哈希表中对应的新节点即可。

class Solution {
    public Node copyRandomList(Node head) {
        Map<Node, Node> map = new HashMap<>();
        Node curr = head;
        while (curr != null) {
            map.put(curr, new Node(curr.val));
            curr = curr.next;
        }
        curr = head;
        while (curr != null) {
            map.get(curr).next = map.get(curr.next);
            map.get(curr).random = map.get(curr.random);
            curr = curr.next;
        }
        return map.get(head);
    }
}