【数据结构与算法经典例题】随机链表的复制（图文详解）

用户11396077

发布于 2024-12-06 19:00:36

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一、问题描述

习题摘自 138. 随机链表的复制 - 力扣（LeetCode）

二、解题思路

要完成一个带随机指针的链表的复制，有一个巧妙的办法: 分三步走

完成节点数据拷贝——在原链表的每个节点后面增加一个拷贝节点，拷贝节点的值等于原节点的值
完成节点的随机指针拷贝——原节点的随机指针指向哪里，拷贝节点就指向对应节点的下一个节点（这一部分是这条思路能实现的关键）
完成节点的next指针拷贝——将拷贝节点从原链表中取下，按顺序改变next指针指向，组成新的链表，并恢复原链表的next指针

三、代码实现

代码的实现逻辑: 需要用到三个循环

假设初始链表如下

1. 原链表中节点的数据拷贝

第一个循环：

创建pcur指针指向链表第一个节点，遍历链表
在每个节点后面创建一个相同结构的拷贝节点，拷贝原节点数据
修改链表next指针指向如下：
原链表节点-＞该节点拷贝节点-＞原链表下一个节点-＞该节点拷贝节点……原链表最后一个节点-＞该节点拷贝节点-＞NULL

经过第一轮循环后，原链表每个节点之后被插入了一个新节点

这一部分的实现代码如下

/**
 * Definition for a Node.
 * struct Node {
 *     int val;
 *     struct Node *next;
 *     struct Node *random;
 * };
 */
typedef struct Node Node;
struct Node* copyRandomList(struct Node* head) 
{
    Node* pcur=head;
    while(pcur)
    {
        Node*copy=(Node*)malloc(sizeof(Node));//创建拷贝节点
        copy->val=pcur->val;//拷贝数据

        copy->next=pcur->next;//插入到pcur后面
        pcur->next=copy;

        pcur=copy->next;//移动pcur指针
    }
}

2.原链表中节点的随机指针拷贝

注意：

随机指针不是单纯的拷贝，而是将拷贝节点的随机指针指向与原链表中关系对应的拷贝节点

第二个循环:

pcur指针重新指向第一个节点，重新遍历链表
进入循环
拷贝指针指向pcur的下一个节点
如果pcur指针指向节点的随机指针指向NULL，拷贝节点的随机指针则相同
否则拷贝节点每次指向pcur指针指向节点的下一个节点
修改拷贝节点的随机指针，令其指向pcur指针指向节点的随机指针指向的节点的下一个节点
然后pcur指针指向拷贝节点的下一个节点，拷贝指针指向pcur指针的下一个节点

这一部分实现代码如下

pcur=head;//指针重置
    while(pcur)//链表随机指针拷贝
    {
        Node*copy=pcur->next;
        if(pcur->random==NULL)
            copy->random=NULL;//对指向NULL的情况额外处理
        else
        {
            copy->random=pcur->random->next;//随机指针拷贝的关键
        }
        pcur=copy->next;
    }

3.原链表中节点的next指针拷贝，拷贝节点成为单独的新链表

第三个循环:

pcur指针重新指向链表第一个节点
创建新链表的头指针和尾指针初始都指向空
进入循环——拷贝指针指向pcur的下一个节点
next指针指向拷贝指针的下一个节点
接下来将拷贝节点尾插到新链表，并恢复原链表
如果新链表为空，则新链表首尾指针都指向拷贝节点
否则，新链表尾指针的next指向拷贝节点，然后尾指针指向拷贝节点
再将pcur指针指向节点的next指向next指针对应的节点
循环直到pcur走向NULL

这一部分的实现代码如下

别忘记拷贝完成之后，返回新链表的地址

pcur=head;
    Node*newhead=NULL,*newtail=NULL;
    while(pcur)
    {
        Node*copy=pcur->next;//指向要拷贝的节点
        Node*next=copy->next;//指向原链表原本的下一个节点

        if(newhead==NULL)//将拷贝节点尾插到新链表上
        {
            newhead=newtail=copy;
        }
        else
        {
            newtail->next=copy;
            newtail=copy;
        }

        pcur->next=next;//恢复原链表
        pcur=next;
    }
    return newhead;

完整代码

/**
 * Definition for a Node.
 * struct Node {
 *     int val;
 *     struct Node *next;
 *     struct Node *random;
 * };
 */
typedef struct Node Node;
struct Node* copyRandomList(struct Node* head) 
{
    Node* pcur=head;
    while(pcur)//链表数据拷贝
    {
        Node*copy=(Node*)malloc(sizeof(Node));//创建拷贝节点
        copy->val=pcur->val;//拷贝数据

        copy->next=pcur->next;//插入到pcur后面
        pcur->next=copy;

        pcur=copy->next;//移动pcur指针
    }


    pcur=head;//指针重置
    while(pcur)//链表随机指针拷贝
    {
        Node*copy=pcur->next;
        if(pcur->random==NULL)
            copy->random=NULL;//对指向NULL的情况额外处理
        else
        {
            copy->random=pcur->random->next;//随机指针拷贝的关键
        }
        pcur=copy->next;
    }

    pcur=head;
    Node*newhead=NULL,*newtail=NULL;
    while(pcur)
    {
        Node*copy=pcur->next;//指向要拷贝的节点
        Node*next=copy->next;//指向原链表原本的下一个节点

        if(newhead==NULL)//将拷贝节点尾插到新链表上
        {
            newhead=newtail=copy;
        }
        else
        {
            newtail->next=copy;
            newtail=copy;
        }

        pcur->next=next;//恢复原链表
        pcur=next;
    }
    return newhead;
}

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原始发表：2024-06-17，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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