《剑指Offer》复杂链表的复制

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）

解题思路

大部分人首先想到的可能是先复制复杂指针的label和next，然后再查找random并更新。查找random又分为两种，一种是每次都从头查找，时间复杂度为O(n^2)；另一种是空间换时间，复制label和next的同时建立一个hash表来存放新旧复杂指针的对应关系，所以后续只需一步就能找到random，算法时间复杂度为O(n)。

我们这里将复杂链表的复制过程分解为三个步骤。在写代码的时候我们每一步定义一个函数，这样每个函数完成一个功能，整个过程的逻辑也就非常清晰明了了。

我们这里采用三步：

第一步：复制复杂指针的label和next。但是这次我们把复制的结点跟在元结点后面，而不是直接创建新的链表；
第二步：设置复制出来的结点的random。因为新旧结点是前后对应关系，所以也是一步就能找到random；
第三步：拆分链表。奇数是原链表，偶数是复制的链表。
有图思路更清晰：

代码实现(C++)

/*
struct RandomListNode {
    int label;
    struct RandomListNode *next, *random;
    RandomListNode(int x) :
            label(x), next(NULL), random(NULL) {
    }
};
*/
class Solution {
public:

    //第一步，复制复杂指针的label和next
    void CloneNodes(RandomListNode* pHead){
        RandomListNode* pNode = pHead;
        while(pNode != NULL){
            RandomListNode* pCloned = new RandomListNode(0);
            pCloned->label = pNode->label;
            pCloned->next = pNode->next;
            pCloned->random = NULL;

            pNode->next = pCloned;
            pNode = pCloned->next;
        }
    }

    //第二步，处理复杂指针的random
    void ConnectSiblingNodes(RandomListNode* pHead){
        RandomListNode* pNode = pHead;
        while(pNode != NULL){
            RandomListNode* pCloned = pNode->next;
            if(pNode->random != NULL){
                pCloned->random = pNode->random->next;
            }
            pNode = pCloned->next;
        }
    }

    //第三步，拆分复杂指针
    RandomListNode* ReconnectNodes(RandomListNode* pHead){
        RandomListNode* pNode = pHead;
        RandomListNode* pClonedHead = NULL;
        RandomListNode* pClonedNode = NULL;

        if(pNode != NULL){
            pClonedHead = pClonedNode = pNode->next;
            pNode->next = pClonedNode->next;
            pNode = pNode->next;
        }

        while(pNode != NULL){
            pClonedNode->next = pNode->next;
            pClonedNode = pClonedNode->next;
            pNode->next = pClonedNode->next;
            pNode = pNode->next;
        }
        return pClonedHead;
    }

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