復雜鏈表的復制

• 題目：實現一個函數complexListNode 復制一個復雜鏈表。在鏈表中，每個節點除了有一個next指針指向下一個節點，還有另外一個before節點，before節點指向鏈表中任意一個節點，或者null節點。
• 鏈表節點定義使用之前文章 數據結構與算法–鏈表實現以及應用 中鏈表節點的定義，以及鏈表中其他方法實現都沿用以上文章中有詳細的說明。
• 如下節點定義：

public class ListNode implements Comparable<ListNode> {private Integer value;private ListNode next;private ListNode before; ...... }

• 如下圖中包含的5個階段的復雜鏈表，圖中實線箭頭表示next指針，虛線表示before指針，簡單畫出如下，我們省略了null指針沒有畫出來：
  

• 分析：

  • 方法一：如上鏈表的結構看最簡單的方式先遍歷一次，將節點復制，并且用next 鏈接節點，得到基礎結構
  • 在循環查找每一個節點的before節點，因為此處before節點是隨機指向，可能指向本節點之前的節點，因此每次都需要遍歷一次鏈表來查找對應的節點信息
  • 時間復雜度O(N²)
  • 方法二：為了避免before節點查找的復雜性，先遍歷一次oldList，復制next指針，并且將oldNode，newNode存儲到map中，
  • 第二次遍歷，此時我們已經知道了oldNode~ newNode的對應關系，我們在查找到oldList的before指向的時候，直接從map中獲取到對應newNode，這樣通過O（1） 時間獲取到before的值
  • 此處空間換時間的方法
  • 方法三：換一種思路，能否不用輔助空間情況下來實現O(n)的時間復雜度，
  • 第一次遍歷，直接將訪問到的節點復制新節點，并且插入到訪問到的節點后面，如下圖：
    
  • 第二次遍歷，設置新建節點的before節點，因為每個新節點A‘都在老節點A的next位置，所以，老節點A 的before C節點的next 就是改節點的新節點C’ 那么新節點A‘ 的before節點就是 C’
  • 第三次遍歷，將奇數項的節點單獨拆分成一個鏈表得到我們復制的鏈表，偶數位項就是老的鏈表

• 根據如上分析有如下代碼：

/*** 構建復雜鏈表，鏈表next節點指向下一個節點，* before節點指向鏈表中任意節點* */public static ListNode buildComplexListNode(){Random random = new Random();ListNode pHead = new ListNode(random.nextInt(100));ListNode[] nodeArray = new ListNode[20];for (int i = 0; i < 20; i++) {ListNode newNode = new ListNode(random.nextInt(100));nodeArray[i] = newNode;ListNode headNode = pHead;while (headNode.getNext() != null){headNode = headNode.getNext();}headNode.setNext(newNode);}print(pHead);ListNode headNode = pHead;while (headNode.getNext() != null){headNode.setBefore(nodeArray[random.nextInt(nodeArray.length -1)]);headNode = headNode.getNext();}return pHead;}/*** 復制復雜鏈表* 方法一：空間換時間，* 先遍歷一次oldList，復制next指針，并且將oldNode，newNode存儲到map中，* 第二次遍歷同時遍歷oldList，newList，直接通過oldList的before指向的oldListNode從mep中獲取newNode，* O(1)時間獲取到before值* */public static ListNode complexListNode(ListNode pHead){if(pHead == null || pHead.getNext() == null){return pHead;}Map<ListNode, ListNode> oldToNewNode = new HashMap<>();ListNode complexNode = pHead;ListNode newHead = null;ListNode myHeadNode = null;while (complexNode != null){ListNode createNode = new ListNode(complexNode.getValue());oldToNewNode.put(complexNode, createNode);if(newHead == null){newHead = createNode;myHeadNode = newHead;}else {myHeadNode.setNext(createNode);myHeadNode = myHeadNode.getNext();}complexNode = complexNode.getNext();}ListNode beforeComplexNode = pHead;ListNode beforeSetNode = newHead;while (beforeComplexNode.getNext() != null && beforeSetNode.getNext() != null){if(oldToNewNode.containsKey(beforeComplexNode.getBefore())){beforeSetNode.setBefore(oldToNewNode.get(beforeComplexNode.getBefore()));}beforeComplexNode = beforeComplexNode.getNext();beforeSetNode = beforeSetNode.getNext();}return newHead;} /*** 復制復雜鏈表* 方法二：* 第一次遍歷，直接將范問到的節點復制新節點，并且插入到范問到的節點后面* 第二次遍歷，設置新建節點的before節點，因為每個新節點A‘都在老節點A的next位置，所以，老節點的before B節點的next 就是改節點的新節點B’* 那么新節點A‘的before節點就是B’* 第三次遍歷，將奇數項的節點單獨拆分成一個鏈表得到我們復制的鏈表，偶數位項就是老的鏈表*/public static ListNode complexListNode_2(ListNode pHead){if(pHead == null || pHead.getNext() == null){return pHead;}ListNode compleNode = pHead;while (compleNode.getNext() != null){ListNode createNode = new ListNode(compleNode.getValue());createNode.setNext(compleNode.getNext());compleNode.setNext(createNode);compleNode = compleNode.getNext().getNext();}ListNode beforeCompleNode = pHead;while (beforeCompleNode.getNext() != null){if(beforeCompleNode.getBefore() != null){beforeCompleNode.getNext().setBefore(beforeCompleNode.getBefore().getNext());}beforeCompleNode = beforeCompleNode.getNext().getNext();}ListNode fixCompleNode = pHead;ListNode resultHead = null;ListNode resultNode = null;while (fixCompleNode.getNext() != null){if(resultHead == null){resultHead = fixCompleNode.getNext();resultNode = resultHead;}else {resultNode.setNext(fixCompleNode.getNext());resultNode = resultNode.getNext();}fixCompleNode = fixCompleNode.getNext().getNext();}return resultHead;}public static void printListNode(ListNode pHead){ListNode printNode = pHead;while (printNode.getNext() != null){System.out.print("value: " + printNode.getValue());System.out.print(", ");System.out.print("before: " + (printNode.getBefore() != null ? printNode.getBefore().getValue() : ""));System.out.print(", ");System.out.print("next: " + (printNode.getNext() != null ? printNode.getNext().getValue() : ""));printNode = printNode.getNext();System.out.println();}}public static void main(String[] args) {ListNode oldListNode = buildComplexListNode();System.out.println("oldListNode:");printListNode(oldListNode);System.out.println("newListNode:");ListNode mewListNode = complexListNode(oldListNode);printListNode(mewListNode);ListNode newListNode_2 = complexListNode_2(oldListNode);System.out.println("newListNode_2:");printListNode(newListNode_2);}

• 以上代碼中其他未定義方法都沿用 數據結構與算法–鏈表實現以及應用 中對應的方法。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的数据结构与算法--复杂链表的复制的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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