【LeetCode】138. Copy List with Random Pointer

題目：

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.

提示：

此題有兩種方法，一種是按照原鏈表next的順序依次創建節點，並處理好新鏈表的next指針，同時把原節點與新節點的對應關系保存到一個hash_map中，然后第二次循環將random指針處理好。這種方法的時間復雜度是O(n)，空間復雜度也是O(n)。

第二種方法則是在原鏈表的每個節點之后插入一個新的節點，這樣原節點與新節點的對應關系就已經明確了，因此不需要用hash_map保存，但是需要第三次循環將整個鏈表拆分成兩個。這種方法的時間復雜度是O(n)，空間復雜度是O(1)。

但是利用hash_map的方法具有其他的優點，如果在循環中加入一個判斷，就可以檢測出鏈表中是否有循環；而第二種方法則不行，會陷入死循環。

代碼：

使用hash_map的方法：

/**
 * Definition for singly-linked list with a random pointer.
 * struct RandomListNode {
 *     int label;
 *     RandomListNode *next, *random;
 *     RandomListNode(int x) : label(x), next(NULL), random(NULL) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    RandomListNode *copyRandomList(RandomListNode *head) {
        if (!head) return NULL;
        unordered_map<RandomListNode*, RandomListNode*> mp;
        // 創建一個新的鏈表頭
        RandomListNode *new_head = new RandomListNode(head->label);
        // node1負責指向原鏈表，node2負責指向新鏈表
        RandomListNode *node1 = head, *node2 = new_head;
        /**
         * 按照原鏈表的結構不斷創建新的節點，並維護好next指針，將node1與node2的對應關系保存到hash_map中，
         * 以備后面維護random指針的時候，可以通過node1找到對應的node2。
         */
        while (node1->next != NULL) {
            mp[node1] = node2;
            node1 = node1->next;
            node2->next = new RandomListNode(node1->label);
            node2 = node2->next;
        }
        // 將兩個鏈表的尾巴的對應關系也保存好
        mp[node1] = node2;
        
        // 繼續從頭開始處理random指針
        node1 = head;
        node2 = new_head;
        while (node1->next != NULL) {
            node2->random = mp[node1->random];
            node1 = node1->next;
            node2 = node2->next;
        }
        // 把尾巴的random指針也處理好
        node2->random = mp[node1->random];
        return new_head;
    }
};

不使用hash_map的方法：

/**
 * Definition for singly-linked list with a random pointer.
 * struct RandomListNode {
 *     int label;
 *     RandomListNode *next, *random;
 *     RandomListNode(int x) : label(x), next(NULL), random(NULL) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    RandomListNode *copyRandomList(RandomListNode *head) {
        /**
         * 假設：l1代表原鏈表中的節點；l2代表新鏈表中的節點
         */
        RandomListNode *new_head, *l1, *l2;
        if (head == NULL) return NULL;
        
        /**
         * 第一步：在每一個l1后面創建一個l2，並讓l1指向l2，l2指向下一個l1；
         */
        for (l1 = head; l1 != NULL; l1 = l1->next->next) {
            l2 = new RandomListNode(l1->label);
            l2->next = l1->next;
            l1->next = l2;
        }
        
        /**
         * 第二步：給l2的random賦值，l1的random的next指向的就是l2的random的目標；
         */
        new_head = head->next;
        for (l1 = head; l1 != NULL; l1 = l1->next->next) {
            if (l1->random != NULL) l1->next->random = l1->random->next;
        }
        
        /**
         * 第三步：需要將整個鏈表拆成兩個鏈表，具體做法是讓l1的next指向后面的后面；
         *         l2的next也指向后面的后面。
         */
        for (l1 = head; l1 != NULL; l1 = l1->next) {
            l2 = l1->next;
            l1->next = l2->next;
            if (l2->next != NULL) l2->next = l2->next->next;
        }
        return new_head;
    }
};