力扣LeetCode138. 复制带随机指针的链表 两种解法（C语言实现）

news2024/11/15 9:59:45

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题目分析

 题目定位：

解题思路

解题思路1（粗暴但是复杂度高）

 解题思路2（巧妙并且复杂度低）

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138. 复制带随机指针的链表icon-default.png?t=N7T8https://leetcode-cn.com/problems/copy-list-with-random-pointer/

题目分析

 题目定位：

本题属于链表中较为综合的题目，考验做题者的思想以及用代码实现的能力，能够真正理解并做出此题需要对链表有相对熟练的掌握度。

话不多说，先来分析题目：

题目是想让我们构造一个链表的拷贝，也就是开辟一块一模一样的链表，但是本题中的链表，又和普通的单链表不一样，如图：

我们发现，链表中每一个节点中的结构体成员除了val和next之外，还有一个random，而random是指向链表中的任意一个节点，甚至可以是NULL。

因此要拷贝这个链表的难度就在于，如何使拷贝的链表中每一个节点的random指向其对应的节点呢？

解题思路

解题思路1（粗暴但是复杂度高）

第1步.先忽略原链表的random指针，对其进行复制，如图：

(1)定义两个struct Node*类型的指针copyhead和copytail来储存复制链表的头和尾，并初始化为NULL；并且定义一个struct Node*类型的指针cur指向head

(2)若原链表不为空，则此时cur指向第一个节点。用malloc开辟一块空间作为复制的第一个节点，并定义一个copy指针来保存，并将copy->val改为cur->val，并让copyhead和copytail指向copy节点

(3)让cur移向下一个节点。用malloc开辟一块空间作为复制的第二个节点，并让copy指向它，并将copy->val改为cur->val，先让copytail->next指向copy来连接两个节点，再让copytail指向copy节点(更新尾节点)。

像这样一直循环下去直到cur指向NULL，循环结束，最后再让copytail->next = NULL，此时便完成了第一步的复制操作

此时我们便可以根据图解来写代码

struct Node* copyRandomList(struct Node* head) {
	//1.忽略random复制链表
    struct Node* cur = head;
    struct Node* copyhead = NULL;
    struct Node* copytail = NULL;
    while(cur)
    {
        struct Node* copy = (struct Node*)malloc(sizeof(struct Node))；
        copy->val = cur->val;
        if(copyhead == NULL)
        {
            copyhead = copy;
            copytail = copy;
        }
        else
        {
            //先连接
            copytail->next = copy;
            //再指向copy
            copytail = copy;
        }
        cur = cur->next;
    }
    copytail->next = NULL;
}

第2步.处理拷贝链表的random指针

(1)查找原链表中的random指向的节点到底是第几个节点，并定义一个变量pos来记录下来

①如果原链表random指向NULL，则不需要找pos

②如果原链表的random指向链表中的节点，每次循环开始可以初始化一个新的指针newcur=head，再对newcur进行迭代，每当newcur向后走一次，pos加一，直到newcur == cur->random的时候，循环结束，举一个例子：

 (2)用一个循环来使拷贝链表中random指向其对应的节点

①如果原链表的random指向NULL，那么便很简单：拷贝的random直接置为NULL；

②如果原链表的random指向链表中的节点，每次循环开始可以初始化一个新的指针newcopy=copyhead,那么拷贝的random则可以通过一个循环来找到pos所对应的第几个节点，接着上面的例子：

根据图解我们可以写出代码：

struct Node* copyRandomList(struct Node* head) {
	//1.忽略random复制链表
    struct Node* cur = head;
    struct Node* copyhead = NULL;
    struct Node* copytail = NULL;
    while (cur)
    {
        struct Node* copy = (struct Node*)malloc(sizeof(struct Node));
            copy->val = cur->val;
        if (copyhead == NULL)
        {
            copyhead = copy;
            copytail = copy;
        }
        else
        {
            //先连接
            copytail->next = copy;
            //再指向copy
            copytail = copy;
        }
        cur = cur->next;
        copytail->next = NULL;
    }
    //2.处理拷贝链表的random指针
    cur = head;
    struct Node* copy = copyhead;
    while (cur)
    {
        int pos = 0;
        if (cur->random == NULL)
        {
            copy->random = NULL;
        }
        //找到cur的random指向对应的第几个节点
        else
        {
            //让newcur和newcopy重新指向第一个节点
            struct Node* newcur = head;
            struct Node* newcopy = copyhead;
            while (newcur != cur->random)
            {
                newcur = newcur->next;
                pos++;
            }
            //使copy的random指向对应的第pos个节点
            while (pos--)
            {
                newcopy = newcopy->next;
            }
            copy->random = newcopy;
        }
        //cur和copy向后走
        cur = cur->next;
        copy = copy->next;
    }
    return copyhead;
}

 题解一总结：优点是这种思路比较容易想到并且理解；缺点是由于找到原链表找到random指向的节点的pos的过程，每个节点的复杂度为O(n)，又有n个节点，因此这种解法的时间复杂度为O(n²)，并不是一个优秀的解法，接下来将为大家讲另一种优秀的解法。

 解题思路2（巧妙并且复杂度低）

第1步 把拷贝节点连接再原节点的后面

用这种方式处理是为了方便找到拷贝链表的random应该指向第几个节点，random指向的这个节点的下一个节点就是拷贝链表要找的random节点

根据图解我们可以写出代码：

//1.链接链表
    struct Node* cur = head;
    while(cur)
    {
        //提前储存原链表下一个节点的地址
        struct Node* next = cur->next;
        //为原链表的拷贝开辟空间
        struct Node* copy = (struct Node*)malloc(sizeof(struct Node));
        copy->val = cur->val;
        //链接原链表和拷贝节点
        cur->next = copy;
        copy->next = next;
        //迭代往下走
        cur = next;
    }

 第2步 拷贝原链表的random节点

 (1)若原链表的节点的random指向NULL，拷贝节点的random也指向NULL

(2)若原链表的节点random指向原链表的其中一个节点，那么random指向的这个节点的下一个节点就是拷贝链表要找的random，以原链表二个节点为例：

(3)实现后题解如下

根据图解我们可以写出代码：

//2.拷贝原链表的random节点
    cur = head;
    while(cur)
    {
        struct Node* copy = cur->next;
        if(cur->random == NULL)
        {
            copy->random = NULL;
        }
        else
        {
            copy->random = cur->random->next;
        }
        cur = copy->next;
    }

第3步 将拷贝节点与原链表分开

(1)用cur和copy指针来分别使原链表和拷贝链表的节点向后迭代，由于copy随着cur向后迭代，一直跟在cur的后面

因此循环外初始化cur = head，循环内初始化copy = cur->next;

 (2)为原链表定义一个next来连接链表；为拷贝链表定义一个copyhead和copytail来返回和连接链表，当原链表第一个节点不为空，才能保证copy的第一个节点不为空，因此copyhead和copytail先置空

循环外初始化copytail = copyhead = NULL，循环内初始化next = copy->next, 

(3)当cur指向第一个节点时，进入循环，此时copyhead和copytail为空，使其指向拷贝链表的第一个节点，再使cur->next = next，将cur和next连接起来，并使cur=next往后走，

 若cur不为空，再之后就是让copy=cur->next，next = copy->next

  捋清楚结构就可以写出循环体框架：

    cur = head;
    struct Node* copyhead = NULL;
    struct Node* copytail = NULL;
    while(cur)
    {
        struct Node* copy = cur->next;
        struct Node* next = copy->next;
        if(copyhead == NULL)
        {
            copyhead = copytail = copy;
        }
        cur->next = next;
        cur = next;
    }

(4)当cur指向第二个节点时，copyhead和copytail此时不为空，copy也指向拷贝的第二个节点，因此用copytail->next = copy连接两节点，再使copytail = copy使其向后迭代

捋清关系我们便可以补全循环体

//3.将拷贝节点与原链表分开
    cur = head;
    struct Node* copyhead = NULL;
    struct Node* copytail = NULL;
    while(cur)
    {
        struct Node* copy = cur->next;
        struct Node* next = copy->next;
        if(copyhead == NULL)
        {
            copyhead = copytail = copy;
        }
        else
        {
            copytail->next = copy;
            copytail = copy;
        }
        cur->next = next;
        cur = next;
    }

完整代码： 

struct Node* copyRandomList(struct Node* head) {
	//1.链接链表
    struct Node* cur = head;
    while(cur)
    {
        //提前储存原链表下一个节点的地址
        struct Node* next = cur->next;
        //为原链表的拷贝开辟空间
        struct Node* copy = (struct Node*)malloc(sizeof(struct Node));
        copy->val = cur->val;
        //链接原链表和拷贝节点
        cur->next = copy;
        copy->next = next;
        //迭代往下走
        cur = next;
    }
    //2.拷贝原链表的random节点
    cur = head;
    while(cur)
    {
        struct Node* copy = cur->next;
        if(cur->random == NULL)
        {
            copy->random = NULL;
        }
        else
        {
            copy->random = cur->random->next;
        }
        cur = copy->next;
    }
    //3.将拷贝节点与原链表分开
    cur = head;
    struct Node* copyhead = NULL;
    struct Node* copytail = NULL;
    while(cur)
    {
        struct Node* copy = cur->next;
        struct Node* next = copy->next;
        if(copyhead == NULL)
        {
            copyhead = copytail = copy;
        }
        else
        {
            copytail->next = copy;
            copytail = copy;
        }
        cur->next = next;
        cur = next;
    }
    return copyhead;
}

 题解二总结：由于第二种解题思路用巧妙的连接方式，使拷贝链表的random不需要通过对原链表的每一个节点遍历也能找到，大大降低了时间复杂度，这种解法的时间复杂度为O(n)。

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