A linked list is given such that each node contains an additional random pointer which could point to any node in the list or null.
Return a deep copy of the list.
Example 1:
Input:
Note:
- You must return the copy of the given head as a reference to the cloned list.
这道链表的深度拷贝题的难点就在于如何处理随机指针的问题，由于每一个节点都有一个随机指针，这个指针可以为空，也可以指向链表的任意一个节点，如果在每生成一个新节点给其随机指针赋值时，都要去遍历原链表的话，OJ 上肯定会超时，所以可以考虑用 HashMap 来缩短查找时间，第一遍遍历生成所有新节点时同时建立一个原节点和新节点的 HashMap，第二遍给随机指针赋值时，查找时间是常数级。代码如下：
解法一：
class Solution { public: Node* copyRandomList(Node* head) { if (!head) return nullptr; Node *res = new Node(head->val, nullptr, nullptr); Node *node = res, *cur = head->next; unordered_map<Node*, Node*> m; m[head] = res; while (cur) { Node *t = new Node(cur->val, nullptr, nullptr); node->next = t; m[cur] = t; node = node->next; cur = cur->next; } node = res; cur = head; while (cur) { node->random = m[cur->random]; node = node->next; cur = cur->next; } return res; } };
我们可以使用递归的解法，写起来相当的简洁，还是需要一个 HashMap 来建立原链表结点和拷贝链表结点之间的映射。在递归函数中，首先判空，若为空，则返回空指针。然后就是去 HashMap 中查找是否已经在拷贝链表中存在了该结点，是的话直接返回。否则新建一个拷贝结点 res，然后建立原结点和该拷贝结点之间的映射，然后就是要给拷贝结点的 next 和 random 指针赋值了，直接分别调用递归函数即可，参见代码如下：
解法二：
class Solution { public: Node* copyRandomList(Node* head) { unordered_map<Node*, Node*> m; return helper(head, m); } Node* helper(Node* node, unordered_map<Node*, Node*>& m) { if (!node) return nullptr; if (m.count(node)) return m[node]; Node *res = new Node(node->val, nullptr, nullptr); m[node] = res; res->next = helper(node->next, m); res->random = helper(node->random, m); return res; } };
当然，如果使用 HashMap 占用额外的空间，如果这道题限制了空间的话，就要考虑别的方法。下面这个方法很巧妙，可以分为以下三个步骤：
1. 在原链表的每个节点后面拷贝出一个新的节点。
2. 依次给新的节点的随机指针赋值，而且这个赋值非常容易 cur->next->random = cur->random->next。
3. 断开链表可得到深度拷贝后的新链表。
举个例子来说吧，比如原链表是 1(2) -> 2(3) -> 3(1)，括号中是其 random 指针指向的结点，那么这个解法是首先比遍历一遍原链表，在每个结点后拷贝一个同样的结点，但是拷贝结点的 random 指针仍为空，则原链表变为 1(2) -> 1(null) -> 2(3) -> 2(null) -> 3(1) -> 3(null)。然后第二次遍历，是将拷贝结点的 random 指针赋上正确的值，则原链表变为 1(2) -> 1(2) -> 2(3) -> 2(3) -> 3(1) -> 3(1)，注意赋值语句为：
cur->next->random = cur->random->next;
这里的 cur 是原链表中结点，cur->next 则为拷贝链表的结点，cur->next->random 则为拷贝链表的 random 指针。cur->random 为原链表结点的 random 指针指向的结点，因为其指向的还是原链表的结点，所以我们要再加个 next，才能指向拷贝链表的结点。最后再遍历一次，就是要把原链表和拷贝链表断开即可，参见代码如下：
解法二：
class Solution { public: Node* copyRandomList(Node* head) { if (!head) return nullptr; Node *cur = head; while (cur) { Node *t = new Node(cur->val, nullptr, nullptr); t->next = cur->next; cur->next = t; cur = t->next; } cur = head; while (cur) { if (cur->random) cur->next->random = cur->random->next; cur = cur->next->next; } cur = head; Node *res = head->next; while (cur) { Node *t = cur->next; cur->next = t->next; if (t->next) t->next = t->next->next; cur = cur->next; } return res; } };
Github 同步地址：
https://github.com/grandyang/leetcode/issues/138
参考资料：
类似题目：
https://leetcode.com/problems/copy-list-with-random-pointer/
https://leetcode.com/problems/copy-list-with-random-pointer/discuss/43488/Java-O(n)-solution
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