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49. 3种方法实现复杂链表的复制[clone of complex linked list]

2024-07-05 18:31:41   222人阅读

【题目】

有一个复杂链表，其结点除了有一个next指针指向下一个结点外，还有一个sibling指向链表中的任一结点或者NULL。其结点的C++定义如下:

 C++ Code 
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// complex node struct
struct ComplexNode
{
    int value;
     ComplexNode *next;
     ComplexNode *sibling;
};

 下图是一个含有5个结点的该类型复杂链表。图中实线箭头表示next指针，虚线箭头表示sibling指针。为简单起见，指向NULL的指针没有画出。

请完成函数ComplexNode* Clone(ComplexNode* pHead)，以复制一个复杂链表。

  【分析】

在常见的数据结构上稍加变化，这是一种很新颖的面试题。要在不到一个小时的时间里解决这种类型的题目，我们需要较快的反应能力，对数据结构透彻的理解以及扎实的编程功底。

分为2步：

（1）复制每一个节点，连接next，初步生成【新链表】，时间复杂度为T(n)=O(1)*n=O(n);

（2）连接sibling，假设在【新链表】中定位sibling的时间复杂度为T，则总的时间复杂度为T(n)=T*n;

由此可见，最为关键的是如何在【新链表】中快速定位sibling节点。

【方法1】

统计从头结点该sibling节点的步长step。

假设【原始链表】中的某节点N的sibling指向结点S。由于S的位置在链表上有可能在N的前面也可能在N的后面，所以要定位N的位置我们需要从原始链表的头结点开始找。假设从【原始链表】的头结点开始经过step步找到结点S。那么在【新链表】上从头结点开始经过step可以到结点N‘的sibling对应的结点S‘。定位sibling的时间复杂度为T=O(n) 。总的时间复杂度O(n2)，空间复杂度为O(1)。

【方法2】

使用map映射记录<A,A‘>,<B,B‘>,<C,C‘>，这样定位sibling的时间复杂度为T=O(1) 。总的时间复杂度O(n)，但是空间复杂度为O(n)，相当与以O(n)的空间消耗实现了O(n)的时间效率。

【方法3】

根据原始链表的每个结点N，创建对应的N‘。让后将N和N‘连接起来，这样定位sibling的时间复杂度为T=O(1) ，之后重新分成2个链表即可。总的时间复杂度O(n)，空间复杂度为O(1)。

（1）创建新节点，并连接next。

（2）定位sibling并连接。

（3）链表拆分成两个：把奇数位置的结点链接起来就是原始链表，把偶数位置的结点链接出来就是复制出来的链表。

【代码】

 C++ Code 
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// complex node struct
struct ComplexNode
{
    int value;
     ComplexNode *next;
     ComplexNode *sibling;
};

//Clone all nodes in a complex linked list with pHead,
//and connect all nodes with next link.
void CloneNodes(ComplexNode *pHead)
{
    //  A-A‘-B-B‘-C-C‘
    if(NULL == pHead)
        return;
     ComplexNode *pNode = pHead;
    while(pNode != NULL)
     {
         ComplexNode *pNewNode = new ComplexNode();
         pNewNode->value = pNode->value;
         pNewNode->next = pNode->next;
         pNewNode->sibling = NULL; // init NULL

        // connect pNode and pNewNode
        pNode->next = pNewNode;

        //move to next node
        pNode = pNewNode->next;
     }
}

//Connect sibling nodes in a complex link list
void ConnectSiblingNodes(ComplexNode *pHead)
{
    //  A-A‘-B-B‘-C-C‘
    if(NULL == pHead)
        return;
     ComplexNode *pNode = pHead;
    while(pNode != NULL)
     {
         ComplexNode *pNewNode = pNode->next;
        // connect sibling nodes
        if(pNode->sibling != NULL)
             pNewNode->sibling = pNode->sibling->next;
        else
             pNewNode->sibling = NULL;
     }
}

// Split a complex list into two:
// Reconnect nodes to get the original list, and its cloned list
ComplexNode *ReconnectNodes(ComplexNode *pHead)
{
    //  A-A‘-B-B‘-C-C‘
    if(NULL == pHead)
        return;
     ComplexNode *pNode = pHead;
     ComplexNode *pNewHead = pHead->next;
     ComplexNode *pNewNode = pNewHead;
    while(pNode != NULL)
     {
        // reconnect next nodes for pNode
        pNode->next = pNewNode->next;
        // move pNode to next
        pNode = pNewNode->next;

        // reconnect next nodes for pNewNode
        if(pNode != NULL)
         {
             pNewNode->next = pNode->next;
             pNewNode = pNode->next;
         }
        else
         {
             pNewNode->next = NULL;
             pNewNode = NULL;
         }
     }
    return pNewHead;
}

ComplexNode *Clone(ComplexNode *pHead)
{
     CloneNodes(pHead);
     ConnectSiblingNodes(pHead);
    return ReconnectNodes(pHead);
}

【参考】

http://zhedahht.blog.163.com/blog/static/254111742010819104710337/

http://www.cnblogs.com/kedebug/archive/2012/12/21/2828131.html


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