Дублируйте LinkedList с указателем на случайный узел, кроме следующего узла

Question

В: Каждый узел связанного списка имеет случайный указатель (в дополнение к следующему указателю), который может случайно указывать на другой узел или быть нулевым. Как бы вы продублировали такой связанный список?

A: Вот что у меня есть, я просто хотел ратифицировать, если это был оптимальный способ сделать это.

Поскольку не указано никаких ограничений по пространству, я собираюсь использовать LinkedHashSet и LinkedHashMap (я могу представить, что люди уже кивают головой в разногласии;))

Первая итерация: Сделайте очевидное - прочитайте каждый узел из списка, который нужно скопировать, и создайте узлы в новом списке. Затем прочитайте случайный узел следующим образом: this.random.data и вставьте в LinkedHashSet.

Вторая итерация: итерация по новому списку и добавление данных каждого узла в качестве первого столбца и самого узла в качестве второго столбца в LinkedHashMap (не нужно связывать, но я просто собираюсь с поток).

Третья итерация: перебирайте LinkedHashSet (это причина, по которой это должно быть связано - предсказуемое упорядочение) и новый список одновременно. Для первого узла прочитайте первую запись LinkedHashSet, найдите соответствующий объект в LinkedHashMap и добавьте в качестве случайного узла текущий узел в новом списке.

3 итерации кажутся немного сумасшедшими, но попытка была сохранить сложность как O (N). Любое решение, которое улучшает требования к пространству O (3N) и сложности времени выполнения O (3N), было бы замечательно. Спасибо!

---

Редактировать: запись из LinkedHashSet может быть удалена при вводе в LinkedHashMap, поэтому для этого потребуется только O (2N) пробел.

Answer 1

Как отметил MahlerFive , я думаю, что вы можете сделать это с O (2N) сложностью времени выполнения и O (N) пространственной сложностью.

Предположим, у вас есть

public class Node {
    private Node next;
    private Node random;
    private String data;
    // getters and setters omitted for the sake of brevity
}

Я бы сделал полную копию связанного списка Node с:

private Node deepCopy(Node original) {
    // We use the following map to associate newly created instances 
    // of Node with the instances of Node in the original list
    Map<Node, Node> map = new HashMap<Node, Node>();
    // We scan the original list and for each Node x we create a new 
    // Node y whose data is a copy of x's data, then we store the 
    // couple (x,y) in map using x as a key. Note that during this 
    // scan we set y.next and y.random to null: we'll fix them in 
    // the next scan
    Node x = original;
    while (x != null) {
        Node y = new Node();
        y.setData(new String(x.getData()));
        y.setNext(null);
        y.setRandom(null);
        map.put(x, y);
        x = x.getNext();
    }
    // Now for each Node x in the original list we have a copy y 
    // stored in our map. We scan again the original list and 
    // we set the pointers buildings the new list
    x = original;
    while (x != null) {
            // we get the node y corresponding to x from the map
        Node y = map.get(x);
            // let x' = x.next; y' = map.get(x') is the new node 
            // corresponding to x'; so we can set y.next = y'
        y.setNext(map.get(x.getNext()));
            // let x'' = x.random; y'' = map.get(x'') is the new 
            // node corresponding to x''; so we can set y.random = y''
        y.setRandom(map.get(x.getRandom()));
        x = x.getNext();
    }
    // finally we return the head of the new list, that is the Node y
    // in the map corresponding to the Node original
    return map.get(original);
}

---

Редактировать : Я обнаружил, что этот вопрос является дубликатом заданного здесь : там вы найдете ответ , который показывает, как решить эту проблему в O (3N) сложность времени выполнения без лишних пробелов: очень гениально! Но он использует трюк с указателями C, и я не уверен, как сделать то же самое в Java.

Answer 2

Вы можете сделать это с помощью 2N шагов и карты с N элементами.

1. Пройдите по старому списку, следуя указателям «следующий». Для каждого посещаемого узла добавьте узел в новый список, подключите предыдущий узел в новом списке к новому узлу, сохраните случайный указатель старого узла в новом новом узле, а затем сохраните отображение указателя старого узла на указатель нового узла на карте.

2. Пройдите по новому списку, и для каждого случайного указателя найдите его на карте, чтобы найти связанный узел в новом списке, чтобы заменить его на

Answer 3

Мне тоже недавно задавали этот вопрос в интервью. Вот что я предложил. Создайте карту исходных узлов списка, где адрес каждого узла будет ключевым, а смещение случайного указателя будет значением. Теперь создайте новый связанный список со случайным указателем = null из исходной карты. В конце переберите исходный список, с помощью карты получите смещение исходного указателя и используйте это смещение, чтобы связать случайный указатель во вновь созданной карте.

В конце концов, интервьюер был недоволен. Возможно, ему нужно было найти лучший подход, или он задумался над ответом и не может найти новый способ его решения.

Answer 4

Вот реализация Java:

public static <T> RandomLinearNode<T> clone(RandomLinearNode<T> head) {
    if (head == null) {
        return head;
    }
    RandomLinearNode<T> itr = head, temp;

    // insert copy nodes after each original nodes
    while (itr != null) {
        temp = new RandomLinearNode<T>(itr.getElement());
        temp.next(itr.next());
        itr.next(temp);
        itr = temp.next();
    }
    // copy the random pointer
    itr = head;
    while (itr != null && itr.next() != null) {
        if (itr.random() != null) {
            itr.next().random(itr.random().next());
        }
        itr = itr.next().next();
    }
    // break the list into two
    RandomLinearNode<T> newHead = head.next();
    itr = head;
    while (itr != null && itr.next() != null) {
        temp = itr.next();
        itr.next(temp.next());          
        itr = temp.next();
    }
    return newHead;
}

Вот модульные тесты

@Test
public void cloneLinkeListWithRandomPointerTest() {
    RandomLinearNode<Integer> one = new RandomLinearNode<Integer>(1, null, null);
    RandomLinearNode<Integer> two = new RandomLinearNode<Integer>(2, one, null);
    RandomLinearNode<Integer> three = new RandomLinearNode<Integer>(3, two, null);
    RandomLinearNode<Integer> four = new RandomLinearNode<Integer>(4, three, null);
    RandomLinearNode<Integer> five = new RandomLinearNode<Integer>(5, four, four);
    RandomLinearNode<Integer> six = new RandomLinearNode<Integer>(6, five, two);
    RandomLinearNode<Integer> seven = new RandomLinearNode<Integer>(7, six, three);
    RandomLinearNode<Integer> eight = new RandomLinearNode<Integer>(8, seven, one);

    RandomLinearNode<Integer> newHead = LinkedListUtil.clone(eight);
    assertThat(eight, not(sameInstance(newHead)));
    assertThat(newHead.getElement(), equalTo(eight.getElement()));
    assertThat(newHead.random().getElement(), equalTo(eight.random().getElement()));

    assertThat(newHead.next().getElement(), equalTo(eight.next().getElement()));
    assertThat(newHead.next().random().getElement(), equalTo(eight.next().random().getElement()));

    assertThat(newHead.next().next().getElement(), equalTo(eight.next().next().getElement()));
    assertThat(newHead.next().next().random().getElement(), equalTo(eight.next().next().random().getElement()));


    assertThat(newHead.next().next().next().getElement(), equalTo(eight.next().next().next().getElement()));
    assertThat(newHead.next().next().next().random().getElement(), equalTo(eight.next().next().next().random().getElement()));
}

Answer 5

1) Создайте копию узла 1 и вставьте ее между узлом 1 и узлом 2 в исходный связанный список, создайте копию 2 и вставьте ее между 2 и 3. Продолжайте таким же образом, добавьте копиюиз N N-го узла

2) Теперь скопируйте произвольную ссылку следующим образом

original->next->arbitrary = original->arbitrary->next;  /*TRAVERSE TWO NODES*/

Это работает, потому что оригинал -> следующий - это не что иное, как копия оригинала, а Оригинал -> произвольный> Дальше ничего нет, кроме произвольной копии.3) Теперь восстановите исходные и скопируйте связанные списки таким образом в одном цикле.

original->next = original->next->next;
copy->next = copy->next->next;

4) Убедитесь, что последний элемент original-> next равен NULL.

Сложность времени: O (n)

Вспомогательное пространство: O (1)

источник

Answer 6

Я написал код для решения @MahlerFive, которое работает без отображения.

Вот код:

private static class Node {
    private String item;
    private Node next;
    private Node random;
}

public static Node cloneLinkedStructure(Node head) {
    // make holes after each original node
    for (Node p = head; p != null;) {
        Node pnext = p.next;
        Node hole = new Node();
        hole.item = ".";
        p.next = hole;
        hole.next = pnext;
        p = pnext;
    }

    Node fakeHead = new Node(); // fake new head
    Node q = fakeHead;
    Node p = head;
    while (p != null) {
        // build the new linked structure
        Node oldq = q;
        q = new Node();
        q.item = p.item;
        oldq.next = q;
        q.random = p.random.next; // link to a hole

        Node hole = p.next;
        hole.random = q; // use link RANDOM as a backward link to new node

        p = hole.next;
    }
    q.next = null;

    Node newHead = fakeHead.next; // throw fake head
    // build random links for the new linked structure
    for (q = newHead; q != null; q = q.next)
        q.random = q.random.random;

    // delete holes to restore original linked structure
    for (p = head; p != null; p = p.next)
        p.next = p.next.next;

    return newHead;
}

Answer 7

за O (n) время и с постоянным пространством

public class CloneLinkedListWithRandomPointer {

public static void main(String[] args) throws Exception {
    SpecialLink link = new SpecialLink(1);
    SpecialLink two = new SpecialLink(2);
    SpecialLink three = new SpecialLink(3);
    SpecialLink four = new SpecialLink(4);
    SpecialLink five = new SpecialLink(5);

    link.next = two;
    two.next = three;
    three.next = four;
    four.next = five;

    link.random = four;
    two.random = five;
    three.random = null;
    four.random = five;
    five.random=link;

    SpecialLink copy = cloneSpecialLinkedList(link);

    System.out.println(link);
    System.out.println(copy);
}


public static SpecialLink cloneSpecialLinkedList(SpecialLink link) throws Exception{

    SpecialLink temp = link;
    while(temp != null){
        temp.next = (SpecialLink) temp.clone();
        temp = temp.next==null?temp.next:temp.next.next;
    }

    temp = link;
    while(temp != null){
        temp.next.random = temp.random!=null?temp.random.next:null;
        temp = temp.next==null?temp.next:temp.next.next;
    }


    SpecialLink copy = link.next;

    temp = link;
    SpecialLink copyTemp = copy;

    while(temp.next!= null && copyTemp.next != null){
        temp.next = temp.next.next;
        copyTemp.next = copyTemp.next.next;

        temp = temp.next;
        copyTemp = copyTemp.next;

    }

    return copy;
}

}

class SpecialLink implements Cloneable{

enum Type{
    ORIGINAL,COPY
}

int val;
SpecialLink next;
SpecialLink random;
Type type;

public void setValue(int value){
    this.val = value;
}

public SpecialLink addNode(int value){
    return next = new SpecialLink(value);
}

public SpecialLink(int value) {
    super();
    this.val = value;
    this.type = Type.ORIGINAL;
}

@Override
public String toString() {
    SpecialLink temp = this;
    StringBuilder builder = new StringBuilder();
    while(temp != null){
        builder.append(temp.val).append("--").append(temp.type.toString()).append("->").append(temp.random == null? null:temp.random.val).append("--").append(temp.random == null? null:temp.random.type);
        builder.append(", ");
        temp = temp.next;
    }
    return builder.toString();
}

@Override
public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
    // TODO Auto-generated method stub
    SpecialLink clone = (SpecialLink) super.clone();
    clone.type = Type.COPY;
    return clone;
}
}

Answer 8

Пройдите list и используйте clone()?