剑指offer25：复杂链表（每个节点中有节点值，以及两个指针，一个指向下一个节点，另一个特殊指针指向任意一个节点），结果返回复制后复杂链表的head。

1 题目描述

　　输入一个复杂链表（每个节点中有节点值，以及两个指针，一个指向下一个节点，另一个特殊指针指向任意一个节点），返回结果为复制后复杂链表的head。（注意，输出结果中请不要返回参数中的节点引用，否则判题程序会直接返回空）

2 思路和方法

　　考察链表的遍历知识，和对链表中添加节点细节的考察。 同时也考察了对于复杂问题的划分为多个子问题的能力，复杂问题划分为子问题来做。 

　　其中实现代表next域，即1->2->3->4为最常见的链表形式。而虚线则代表了特殊指针，可以指向任意节点（包括自身和null)。比如1的特殊指针指向3,2的特殊指针指向1，3的特殊指针指向null，4的特殊指针也指向3。

　　思路：利用next域复制原链表的时候，把每一个节点的副本都连接在该节点的后面，这样我们也可以在O(1)的时间内查找到random域位置。

　　方法：比如我们把上图按这样的方式复制链表为：

然后我们为复制的每一节点初始化其random域，比如4的random域为3，那么4’的random域为3’，这样可以通过3.next直接得到了3’的位置，同理对其他节点也是这样处理，得到：

　　最后一步就是拆分这个链表得到原链表和复制链表，原链表的节点都处于奇数位置，复制链表的节点都处于偶数位置。拆分如下：

　　

　　步骤：

第一步，依然根据原始链表的的每个节点N创建对应的N’，这一次，我们把N‘连接在N的后面；

第二步，设置复制出来的节点的random。假设原来链表上的N的random指向S，那么其对应的复制出来的N‘指向N的random的下一个节点S‘；

第三步，把这个长链表拆分为两个链表：把奇数位置的节点用next连接起来就是原始链表，把偶数位置的节点用next连接起来就是复制的链表。    

3 C++核心代码

/*
struct RandomListNode {
    int label;
    struct RandomListNode *next, *random;
    RandomListNode(int x) :
            label(x), next(NULL), random(NULL) {
    }
};
*/
class Solution {
public:
    RandomListNode* Clone(RandomListNode* pHead)
    {
        if(pHead==NULL)
            return NULL;
        RandomListNode* cur;     //两个链表节点指针
        cur = pHead;
        while(cur){
            RandomListNode* node = new RandomListNode(cur->label); //复制头指针
            node->next = cur->next;
            cur->next = node;
            cur = node->next;
        }    //新链表和旧链表链接：A->A'->B->B'->C->C'
        cur = pHead;
        RandomListNode* p;
        while(cur){
            p = cur->next;
            if(cur->random)
                p->random = cur->random->next; //关键
            cur = p->next;
        }
        RandomListNode* temp;
        RandomListNode* phead = pHead->next;
        cur = pHead;
        while(cur->next){
            temp = cur->next;
            cur->next = temp->next;
            cur = temp;
        }
        return phead;
    }
};

4 C++完整代码

// 剑指offer 面试题26 复杂链表的复制
#include <iostream>
using namespace std;

struct ComplexListNode
{
    int m_nValue;
    ComplexListNode* m_pNext;
    ComplexListNode* m_pSibling;

    ComplexListNode(){ m_nValue = 0; m_pNext = NULL; m_pSibling = NULL; }
    ComplexListNode(int value){ m_nValue = value; m_pNext = NULL; m_pSibling = NULL; }

};

/*不借助辅助空间的情况下实现O(n)的时间效率*/

// 第一步，根据原始链表的每个节点N，复制出N'，把N'链接在对应的N后面
void CloneNodes(ComplexListNode* pHead)
{
    ComplexListNode* pNode = pHead;
    while (pNode)
    {
        ComplexListNode* pCloned = new ComplexListNode();
        pCloned->m_nValue = pNode->m_nValue;
        // 先保存原来的N节点的next指针
        pCloned->m_pNext = pNode->m_pNext;
        // 不复制sibling指针
        pCloned->m_pSibling = NULL;
        pNode->m_pNext = pCloned;
        pNode = pCloned->m_pNext;
    }
}

// 第二步，设置复制出来的节点的sibling指针
// 若原始链表上的N的sibling指针指向S，则复制出来的N指向S的next指向的节点S'
void ConnectSiblingNodes(ComplexListNode* pHead)
{
    ComplexListNode* pNode = pHead;
    while (pNode)
    {
        ComplexListNode* pCloned = pNode->m_pNext;
        if (pNode->m_pSibling)
        {
            pCloned->m_pSibling = pNode->m_pSibling->m_pNext;
        }
        pNode = pCloned->m_pNext;
    }
}

// 第3步，拆分链表，奇数位置的节点用next连接起来就是原始链表
// 偶数位置的节点用next链接起来就是复制出来的链表。

ComplexListNode* ReconnectNodes(ComplexListNode* pHead)
{
    // 用于返回
    ComplexListNode* pClonedHead = NULL;

    ComplexListNode* pNode = pHead;
    ComplexListNode* pClonedNode = NULL;

    if (pNode)
    {
        // 找到复制的链表头，更新当前复制链表节点
        pClonedHead = pClonedNode = pNode->m_pNext;

        // 重连原始链表，更新当前原始链表节点
        pNode->m_pNext = pClonedNode->m_pNext;
        pNode = pNode->m_pNext;
    }

    while (pNode)
    {
        pClonedNode->m_pNext = pNode->m_pNext;
        pClonedNode = pClonedNode->m_pNext;
        pNode->m_pNext = pClonedNode->m_pNext;
        pNode = pNode->m_pNext;
    }
    return pClonedHead;

}

ComplexListNode* clone(ComplexListNode* pHead)
{
    CloneNodes(pHead);
    ConnectSiblingNodes(pHead);
    return ReconnectNodes(pHead);
}


int main()
{
    ComplexListNode* p1 = new ComplexListNode(7);
    ComplexListNode* p2 = new ComplexListNode(2);
    ComplexListNode* p3 = new ComplexListNode(3);
    ComplexListNode* p4 = new ComplexListNode(4);
    ComplexListNode* p5 = new ComplexListNode(5);
    p1->m_pSibling = p3;
    p2->m_pSibling = p5;
    p4->m_pSibling = p2;
    p1->m_pNext = p2;
    p2->m_pNext = p3;
    p3->m_pNext = p4;
    p4->m_pNext = p5;

    ComplexListNode* pClonedList = clone(p1);
    cout << pClonedList->m_nValue << endl;


    system("pause");
    return 0;
}

参考资料

https://blog.csdn.net/dawn_after_dark/article/details/80979501

https://blog.csdn.net/qq_33575542/article/details/80801610