C++实现复杂链表的复制

一、什么是复杂链表

复杂链表的每个结点具有三个成员，分别是存放数据的data和指向下一个结点的指针和指向随机节点的指针。

复杂结点的结构：

template <class T>
struct ListNode
{
T data;
ListNode<T>* next;
ListNode<T>* random;
ListNode(const T& d)
:data(d)
,next(NULL)
,random(NULL)
{}
};

二、复杂链表的复制

那么我们如何把复杂链表进行复制呢，以下提出了三种方法。

方法一：

直接复制，时间复杂度为O（N^2）。

直接复制就是先把链表遍历一遍，复制每个结点，并且通过next指针链接起来每个结点，再把每个结点的随即指针进行复制，所以循环了两遍，造成了时间复杂度的增加。

方法二：

存储随即结点的信息，时间复杂度为O（N）。

把键值的信息存储到另外一个地方，采用类似hash的方法，用空间换取时间，把原始链表的和复制链表的结点通过哈希对应起来，争取在查找随即结点的时间上更少，所以查找时间由O（N）变为O（1）。

然后复制原始链表的每个结点，并且通过next指针链接起来，最后根据我们保存的信息把复杂链表的随机指针进行设置即可。

此种方法由于我们把查找时间变少，所以总的效率变高了。

方法三：

巧妙复制，时间复杂度为O（N）。

此种方法和第二种方法时间复杂度上类似，但是实现的方法更巧妙，因为我们不再借助另外的辅助空间来实现，它的实现主要分为以下三步。

①第一步

按照顺序复制每一个结点，并且把复制过的结点放在被复制结点的next指针后面

void CloneNodes(Node* pHead)
{
Node* temp;
Node* cur = pHead;
while (cur)
{
//注意链接顺序
temp = new Node(cur->data);
temp->next = cur->next;
cur->next = temp;
cur = temp->next;
}
}

②第二步

复制其中的随机指针

void UpdateNewNodeRandom(Node* pHeat)
{
Node* cur = pHeat;
while (cur)
{
Node* Next = cur->next;//调整使它指向新结点
if (cur->random != NULL)//如果随即指针存在复制
//cur的随机指针指向的下一个位置既是Next的随即指针
Next->random = cur->random->next;
cur = Next->next;//调整cur向下一个
}
}

③第三步

分开上下两个单链表

Node* ReconnectNode(Node* pHead)
{
Node* cur = pHead;//原来头
Node* temp = NULL;//复制出来的结点
Node* NewHead = NULL;//新链表头结点
if (cur)
{
temp = cur->next;
NewHead = cur->next;
cur->next = temp->next;
cur = temp->next;
}
while (cur)
{
temp->next = cur->next;//调整temp的下一个

temp = temp->next;//更新temp
cur->next = temp->next;//调整cur的下一个
cur = temp->next;//更新cur
}
return NewHead;//返回链表头结点
}

最后只需要把三个步骤汇总在一起即可达到目的。

Node* CopyList(Node* pHead)
{
if (pHead)
{
CloneNodes(pHead);
UpdateNewNodeRandom(pHead);
ReconnectNode(pHead);
}
return NULL;
}

三、实现代码

#include <iostream>
using namespace std;
template <class T>
struct ListNode
{
T data;
ListNode<T>* next;
ListNode<T>* random;
ListNode(const T& d)
:data(d)
, next(NULL)
, random(NULL)
{}
};

template <class T>
class List
{
typedef ListNode<T> Node;
public:
List()
{}
List(Node LinkNode, T data)
{
Node temp=new (Node*)Node(sizeof(Node));
temp->next = NULL;
temp->random = NULL;
LinkNode->next = temp;
}
Node* CopyList(Node* pHead)
{
if (pHead)
{
CloneNodes(pHead);
UpdateNewNodeRandom(pHead);
ReconnectNode(pHead);
}
return NULL;
}
Node* CreatList()
{
Node* Node1 = new Node(1);    //创建节点
Node* Node2 = new Node(2);
Node* Node3 = new Node(3);
Node* Node4 = new Node(4);
Node* Node5 = new Node(5);

Node1->next = Node2;       //连接节点
Node2->next = Node3;
Node3->next = Node4;
Node4->next = Node5;

Node1->random = Node3;    //置_random
Node2->random = Node4;
Node3->random = Node1;
Node4->random = Node5;
Node5->random = Node2;

return Node1;            //返回头
}

private:
//第一步
void CloneNodes(Node* pHead)
{
Node* temp;
Node* cur = pHead;
while (cur)
{
//注意链接顺序
temp = new Node(cur->data);
temp->next = cur->next;
cur->next = temp;
cur = temp->next;
}
}
//第二步
void UpdateNewNodeRandom(Node* pHeat)
{
Node* cur = pHeat;
while (cur)
{
Node* Next = cur->next;//调整使它指向新结点
if (cur->random != NULL)//如果随即指针存在复制
//cur的随机指针指向的下一个位置既是Next的随即指针
Next->random = cur->random->next;
cur = Next->next;//调整cur向下一个
}
}
//第三步
Node* ReconnectNode(Node* pHead)
{
Node* cur = pHead;//原来头
Node* temp = NULL;//复制出来的结点
Node* NewHead = NULL;//新链表头结点
if (cur)
{
temp = cur->next;
NewHead = cur->next;
cur->next = temp->next;
cur = temp->next;
}
while (cur)
{
temp->next = cur->next;//调整temp的下一个

temp = temp->next;//更新temp
cur->next = temp->next;//调整cur的下一个
cur = temp->next;//更新cur
}
return NewHead;//返回链表头结点
}
private:
Node* LinkNode;
};