【剑指Offer】面试题26：复杂链表的复制

解题思路整理自剑指Offer

一：题目描述

输入一个复杂链表（每个节点中有节点值，以及两个指针，一个指向下一个节点，另一个特殊指针指向任意一个节点），返回结果为复制后复杂链表的head。（注意，输出结果中请不要返回参数中的节点引用，否则判题程序会直接返回空）

二：解题思路

完成复杂链表的复制，需要完成三项工作

（1）复制原始链表的每一个结点，不难

（2）复制原始链表的每一个节点的next指针，不难

（3）复制原始链表的每一个指针的random指针，困难！

  

以一个例子说明复制复杂链表的过程和思路，实现不用辅助空间情况下实现O(n)的时间效率：

原始链表如图：实线为指向下一个节点的指针，虚线为指向任意结点的指针，可以指向NULL

第一步：根据原始链表的每一个结点N创建对应的结点N'，并将N'链接在N的后面。

//创建复制链表的结点，并将其连接在原始链表相应结点的后面    void CloneNodes(RandomListNode* pHead){        RandomListNode* pNode=pHead;  //用于遍历原始链表                //创建结点N‘，并将其连接到N后面        while(pNode!=NULL){            //创建结点            RandomListNode* pCloned=new RandomListNode(pNode->label);            //新结点复制            //pCloned->label=pNode->label;            //新结点的next指针            pCloned->next=pNode->next;            //新结点的random指针，初始化为NULL            pCloned->random=NULL;                        //将新创建的结点链接在原始链表相应结点的后面            pNode->next=pCloned;            //pNode移动到原始链表的下一个结点            pNode=pCloned->next;        }    }

第二步：复制原始结点的random指针，方法的神奇之处！如果原始链表结点N的random指针指向S，那么对应其复制出来的N’是N的next指向的结点，同样S'也是S的next指向的结点。

  //设置复制链表结点的random指针    void ConnectRandomNodes(RandomListNode* pHead){        RandomListNode* pNode=pHead; //用于遍历链表原始结点                while(pNode!=NULL){            RandomListNode* pCloned=pNode->next;  //用于遍历链表新创建的结点                        //原始链表结点的random不为空            if(pNode->random!=NULL){                pCloned->random=pNode->random->next;            }            //如果为空，初始化时已经将random 设置为NULL                        pNode=pCloned->next;//遍历下一个原始结点        }    }

第三步：把链表拆分成两个链表，奇数位置的结点用指针连接起来就是原始链表，偶数位置的结点用指针连接起来就是复制出来的链表。

 //拆分链表，奇数结点-原始链表，偶数结点-复制链表    RandomListNode* SplitList(RandomListNode* pHead){        RandomListNode* pClonedHead=NULL;  //复制链表的头指针        RandomListNode* pClonedNode=NULL;   //遍历复制链表的结点        RandomListNode* pNode=pHead;     //遍历原始链表的结点                if(pNode!=NULL){            //复制链表的第一个结点            pClonedHead=pNode->next;            pClonedNode=pNode->next;                        //pNode移动到下一个原始结点            pNode->next=pClonedNode->next;            pNode=pNode->next;        }                while(pNode!=NULL){            //链接复制的链表            pClonedNode->next=pNode->next;            pClonedNode=pClonedNode->next;            //链接原始链表            pNode->next=pClonedNode->next;            pNode=pNode->next;                    }        //尾结点设置为NULL        pClonedNode->next=NULL;                return pClonedHead;    }    

然后将这三步合并起来，就是完整的过程。

编程过程中，当指针移动不明白的时候，就画图，边画图边移动！

三：代码实现

/*struct RandomListNode {    int label;    struct RandomListNode *next, *random;    RandomListNode(int x) :            label(x), next(NULL), random(NULL) {    }};*/class Solution {public:        //创建复制链表的结点，并将其连接在原始链表相应结点的后面    void CloneNodes(RandomListNode* pHead){        RandomListNode* pNode=pHead;  //用于遍历原始链表                //创建结点N‘，并将其连接到N后面        while(pNode!=NULL){            //创建结点            RandomListNode* pCloned=new RandomListNode(pNode->label);            //新结点复制            //pCloned->label=pNode->label;            //新结点的next指针            pCloned->next=pNode->next;            //新结点的random指针，初始化为NULL            pCloned->random=NULL;                        //将新创建的结点链接在原始链表相应结点的后面            pNode->next=pCloned;            //pNode移动到原始链表的下一个结点            pNode=pCloned->next;        }    }        //设置复制链表结点的random指针    void ConnectRandomNodes(RandomListNode* pHead){        RandomListNode* pNode=pHead; //用于遍历链表原始结点                while(pNode!=NULL){            RandomListNode* pCloned=pNode->next;  //用于遍历链表新创建的结点                        //原始链表结点的random不为空            if(pNode->random!=NULL){                pCloned->random=pNode->random->next;            }            //如果为空，初始化时已经将random 设置为NULL                        pNode=pCloned->next;//遍历下一个原始结点        }    }    //拆分链表，奇数结点-原始链表，偶数结点-复制链表    RandomListNode* SplitList(RandomListNode* pHead){        RandomListNode* pClonedHead=NULL;  //复制链表的头指针        RandomListNode* pClonedNode=NULL;   //遍历复制链表的结点        RandomListNode* pNode=pHead;     //遍历原始链表的结点                if(pNode!=NULL){            //复制链表的第一个结点            pClonedHead=pNode->next;            pClonedNode=pNode->next;                        //pNode移动到下一个原始结点            pNode->next=pClonedNode->next;            pNode=pNode->next;        }                while(pNode!=NULL){            //链接复制的链表            pClonedNode->next=pNode->next;            pClonedNode=pClonedNode->next;            //链接原始链表            pNode->next=pClonedNode->next;            pNode=pNode->next;                    }        //尾结点设置为NULL        pClonedNode->next=NULL;                return pClonedHead;    }            RandomListNode* Clone(RandomListNode* pHead)    {        if(pHead==NULL)            return pHead;        CloneNodes(pHead);        ConnectRandomNodes(pHead);        return SplitList(pHead);    }};