【連結串列問題】打卡8：複製含有隨機指標節點的連結串列

前言

以專題的形式更新刷題貼，歡迎跟我一起學習刷題，相信我，你的堅持，絕對會有意想不到的收穫。每道題會提供簡單的解答，如果你有更優雅的做法，歡迎提供指點，謝謝。

注：如果程式碼排版出現了問題麻煩通知我下，謝謝。

【題目描述】

【要求】

如果連結串列的長度為 N, 時間複雜度達到 O(N)。

【難度】

尉：★★☆☆

【解答】

方法一：使用額外的儲存空間

這道題的難點在於我們需要定位好隨機指標，一個比較簡單的解法就是把原節點與複製的節點關聯起來，可以使用雜湊表把他們關聯起來。

首先把副節點全部建立出來，然後把原節點與對應的副節點用雜湊表關聯起來。關聯的時候原節點作為key，副節點作為value。例如對於連結串列 1->2->3->null。建立副節點 1', 2', 3'。然後用雜湊表關聯起來：

之後在把所有副節點連線成一個連結串列。在連線的時候，我們 可以透過雜湊表很容易這找到對應的隨機節點。

程式碼如下

 1//方法1：採用雜湊表
 2public static Node1 copyListWithRand(Node1 head) {
 3    Map<Node1, Node1> map = new HashMap<>();
 4    Node1 cur = head;
 5    while (cur != null) {
 6        map.put(cur, new Node1(cur.value));
 7        cur = cur.next;
 8    }
 9    //把副節點連線起來
10    cur = head;
11    while (cur != null) {
12        map.get(cur).next = map.get(cur.next);
13        map.get(cur).rand = map.get(cur.rand);
14        cur = cur.next;
15    }
16    return map.get(head);
17}

這種方法的時間複雜度為 O(n), 空間複雜度也為 O(n)。

方法2

其實我們也可以不需要雜湊表來輔助，也就是說 ，我們是可以做到空間複雜度為 O(1)的，我們可以把複製的副節點插入到原連結串列中去，這樣也能把原節點與副節點進行關聯，進而
定位到隨機節點。例如，對於連結串列 1->2->3->null。首先生成副節點 1', 2', 3。然後把副節點插入到原節點的相鄰位置，即把原連結串列變成 1->1'->2->2'->3->3'->null。

這樣我們也可以在連線副節點的時候，找到相應的隨機節點。例如 1 的隨機節點是 3，則 1' 的隨機節點是 3'。顯然，1節點的隨機節點的下一個節點就是 1'的隨機節點。具體程式碼如下：

 1//方法二
 2public static Node1 copyListWithRand2(Node1 head){
 3    Node1 cur = head;
 4    Node1 next = null;
 5
 6    //把複製的節點插進去
 7    while (cur != null) {
 8        next = cur.next;
 9        Node1 temp = new Node1(cur.value);//複製節點
10        temp.next = cur.next;
11        cur.next = temp;
12        cur = next;
13    }
14    //在一邊把複製的節點取出來一邊連線。
15    cur = head;
16    next = null;
17    while (cur != null) {
18        next = cur.next.next;//儲存原連結串列的下一個節點
19        cur.next.next = next != null ? next.next : null;
20        cur.next.rand = cur.rand != null ? cur.rand.next : null;
21        cur = next;
22    }
23    return head.next;
24}

採用這種方法的時候，由於隨機節點有可能是空指標，隨意寫程式碼的時候要注意。

問題擴充

思考：如果是有兩個隨機指標呢？又該如何處理呢？三個呢？

【題目描述】

無

【要求】

無

【難度】

未知。

【解答】

提醒：別想太多了，保持清醒。