1. 题目信息

1.1 题目描述

题目链接： 138. 复制带随机指针的链表

给你一个长度为 n 的链表，每个节点包含一个额外增加的随机指针 random ，该指针可以指向链表中的任何节点或空节点。
构造这个链表的深拷贝。深拷贝应该正好由 n 个全新节点组成，其中每个新节点的值都设为其对应的原节点的值。新节点的 next 指针和 random 指针也都应指向复制链表中的新节点，并使原链表和复制链表中的这些指针能够表示相同的链表状态。复制链表中的指针都不应指向原链表中的节点。
例如，如果原链表中有 X 和 Y 两个节点，其中 X.random --> Y 。那么在复制链表中对应的两个节点 x 和 y ，同样有 x.random --> y 。
返回复制链表的头节点。
用一个由 n 个节点组成的链表来表示输入/输出中的链表。每个节点用一个 [val, random_index] 表示：
val：一个表示 Node.val 的整数。
random_index：随机指针指向的节点索引（范围从 0 到 n-1）；如果不指向任何节点，则为 null 。
你的代码只接受原链表的头节点 head 作为传入参数。

1.2 测试用例

示例 1：

输入：head = [[7,null],[13,0],[11,4],[10,2],[1,0]]
输出：[[7,null],[13,0],[11,4],[10,2],[1,0]]

示例 2：

在这里插入图片描述

输入：head = [[1,1],[2,1]]
输出：[[1,1],[2,1]]

示例 3：

输入：head = [[3,null],[3,0],[3,null]]
输出：[[3,null],[3,0],[3,null]]

示例 4：

输入：head = []
输出：[]
解释：给定的链表为空（空指针），因此返回 null。

提示：

0 <= n <= 1000
-10000 <= Node.val <= 10000
Node.random 为空（null）或指向链表中的节点。

2. 题目分析

2.1 哈希节点映射方法

两步走即可，第一遍直接复制节点的val、random，第二遍更新random指向新节点；

先复制节点，并记录每个老节点对应的新节点的映射关系，新节点的random指向原来的老节点;
遍历新节点，对每一个random 更新成新的节点地址；

2.2 回溯+哈希

递归处理即可，用哈希记录已经生成的节点映射关系，即记录 老节点 => 新节点 的映射关系 ;

节点映射关系不存在，则生成节点并递归调用 ;
节点映射存在直接返回节点地址；

3. 代码详情

3.1 C++

3.1.1 哈希节点映射方法

class Solution {
public:
    Node* copyRandomList(Node* head) {
        // 执行用时：8 ms, 在所有 C++ 提交中击败了88.52%的用户
        // 内存消耗：11.3 MB, 在所有 C++ 提交中击败了19.11%的用户
        if (head == nullptr) {
            return nullptr;
        }
        
        Node *newHead = new Node(*head);
        unordered_map<Node*, Node*> oldToNew{{head, newHead}};

        Node *oldNode = head->next;
        Node *newNode = newHead;
        while (oldNode != nullptr) {
            newNode->next = new Node(*oldNode);
            oldToNew[oldNode] = newNode->next;
            oldNode = oldNode->next;
            newNode = newNode->next;
        }
        // update random
        newNode = newHead;
        while (newNode != nullptr) {
            newNode->random = oldToNew[newNode->random];
            newNode = newNode->next;
        }
        return newHead;
    }
};

作者：neo-nengrong-qu
链接：https://leetcode-cn.com/problems/copy-list-with-random-pointer/solution/xss138-ha-xi-ji-lu-yuan-shi-jie-dian-dao-hvds/

3.1.2 回溯+哈希

class Solution {
public:
    unordered_map<Node*, Node*> cachedNode;

    Node* copyRandomList(Node* head) {
        if (head == nullptr) {
            return nullptr;
        }
        if (!cachedNode.count(head)) {
            Node* headNew = new Node(head->val);
            cachedNode[head] = headNew;
            headNew->next = copyRandomList(head->next);
            headNew->random = copyRandomList(head->random);
        }
        return cachedNode[head];
    }
};