剑指offer 编程题（24）：链表复制

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）

递归法

class Solution {public:    RandomListNode* Clone(RandomListNode* pHead)    {        if(pHead==NULL)            return NULL;        //开辟一个新节点        RandomListNode* pClonedHead=new RandomListNode(pHead->label);        pClonedHead->next = pHead->next;        pClonedHead->random = pHead->random;        //递归其他节点        pClonedHead->next=Clone(pHead->next);        return pClonedHead;    }};

题目：有一个复杂链表，其结点除了有一个m_pNext指针指向下一个结点外，还有一个m_pSibling指向链表中的任一结点或者NULL。其结点的C++定义如下：
struct ComplexNode
{
int m_nValue;
ComplexNode* m_pNext;
ComplexNode* m_pSibling;
};
下图是一个含有4个结点的该类型复杂链表。

请完成函数ComplexNode* Clone(ComplexNode* pHead)，以复制一个复杂链表。
分析：在常见的数据结构上稍加变化，这是一种很新颖的面试题。要在不到一个小时的时间里解决这种类型的题目，我们需要较快的反应能力，对数据结构透彻的理解以及扎实的编程功底。
看到这个问题，我的第一反应是分成两步：第一步是复制原始链表上的每个链表，并用m_pNext链接起来。第二步，假设原始链表中的某节点N的m_pSibling指向结点S。由于S的位置在链表上有可能在N的前面也可能在N的后面，所以要定位N的位置我们需要从原始链表的头结点开始找。假设从原始链表的头结点开始经过s步找到结点S。那么在复制链表上结点N的m_pSibling的S’，离复制链表的头结点的距离也是s。用这种办法我们就能为复制链表上的每个结点设置m_pSibling了
对一个含有n个结点的链表，由于定位每个结点的m_pSibling，都需要从链表头结点开始经过O(n)步才能找到，因此这种方法的总时间复杂度是O(n2)。
由于上述方法的时间主要花费在定位结点的m_pSibling上面，我们试着在这方面去做优化。我们还是分为两步：第一步仍然是复制原始链表上的每个结点N并创建N’，然后把这些创建出来的结点链接起来。这里我们对

/* Clone all nodes in a complex linked list with head pHead, and connect all nodes with m_pNext link */  void CloneNodes(ComplexNode* pHead)  {      ComplexNode* pNode = pHead;      while(pNode != NULL)      {          ComplexNode *pCloned = new ComplexNode();          pCloned->m_nValue = pNode->m_nValue;          pCloned->m_pNext = pNode->m_pNext;          pCloned->m_pSibling = NULL;          pNode->m_pNext = pCloned;         //将新复制的结点链接在原始结点的后面          pNode = pCloned->m_pNext;      }  }  

第二步是设置我们复制出来的链表上的结点的m_pSibling。假设原始链表上的N的m_pSibling指向结点S，那么其对应复制出来的N’是N->m_pNext，同样S’也是S->m_pNext。这就是我们在上一步中把每个结点复制出来的结点链接在原始结点后面的原因。有了这样的链接方式，我们就能在O(1)中就能找到每个结点的m_pSibling了。代码如下：

/* Connect sibling nodes in a complex link list */  void ConnectSiblingNodes(ComplexNode* pHead)  {      ComplexNode* pNode = pHead;      while(pNode != NULL)                 //遍历链表更新随机指针      {          ComplexNode *pCloned = pNode->m_pNext;          if(pNode->m_pSibling != NULL)          {              pCloned->m_pSibling = pNode->m_pSibling->m_pNext;       //新复制结点的随机指针就是原始结点的随机指针指向的结点的下一个结点          }          pNode = pCloned->m_pNext;      }  }  

第三步是把这个长链表拆分成两个：把奇数位置的结点链接起来就是原始链表，把偶数位置的结点链接出来就是复制出来的链表。要实现这一步，也不是很难的事情。其对应的代码如下：

/* Split a complex list into two: Reconnect nodes to get the original list, and its cloned list */  ComplexNode* ReconnectNodes(ComplexNode* pHead)  {      ComplexNode* pNode = pHead;      ComplexNode* pClonedHead = NULL;      ComplexNode* pClonedNode = NULL;      if(pNode != NULL)      {          pClonedHead = pClonedNode = pNode->m_pNext;          pNode->m_pNext = pClonedNode->m_pNext;          pNode = pNode->m_pNext;      }      while(pNode != NULL)      {          pClonedNode->m_pNext = pNode->m_pNext;   //把偶数位置的结点链接起来就是复制出来的新链表          pClonedNode = pClonedNode->m_pNext;          pNode->m_pNext = pClonedNode->m_pNext;   //把奇数位置的结点链接起来就是原始链表          pNode = pNode->m_pNext;      }      return pClonedHead;  }  

我们把上面三步合起来，就是复制链表的完整过程：

ComplexNode* Clone(ComplexNode* pHead)  {      CloneNodes( pHead );      ConnectSiblingNodes( pHead );      return ReconnectNodes( pHead );  }