用于在 O(1) 空间中克隆具有 Next 和随机指针的链表的Python程序

克隆一个具有 Next 和随机指针的链表是一项基本的面试题。但是如果不了解如何克隆具有随机指针的链表，这可能是一项非常困难的任务。本文将讨论如何在 O(1) 空间中克隆具有 Next 和随机指针的链表。

问题描述

给定一个链表，其中每个节点除了 next 指针外还有一个 rand 指针，可以指向链表中的任何节点或 null。

请克隆此链表。

算法

克隆链表的过程需要遍历链表两次。在第一次遍历中，我们将每个节点的副本插入到原始节点的后面。在第二次遍历中，我们连接随机指针和副本节点。最后，我们将副本节点从原始链表中分离出来，以免影响链表的原有结构。

由于我们只使用了 O(1) 空间复杂度来存储我们的副本节点，因此算法的总空间复杂度为 O(n)。我们还需要 O(n) 的时间复杂度，因为我们必须遍历原始链表两次。

以下是克隆具有 Next 和随机指针的链表的 Python 代码实现：

class RandomListNode(object):
    def __init__(self, x):
        self.label = x
        self.next = None
        self.random = None

class Solution(object):
    def clone(self, head):
        """
        :type head: RandomListNode
        :rtype: RandomListNode
        """
        if head is None:
            return None

        current_node = head
        # Insert copy nodes after the original nodes.
        while current_node is not None:
            new_node = RandomListNode(current_node.label)
            new_node.next = current_node.next
            current_node.next = new_node
            current_node = new_node.next

        # Connect the random pointer with copy nodes.
        current_node = head
        while current_node is not None:
            if current_node.random is not None:
                current_node.next.random = current_node.random.next
            current_node = current_node.next.next

        # Disconnect the original and copy nodes.
        current_node = head
        new_head = head.next
        while current_node is not None:
            copy_node = current_node.next
            current_node.next = copy_node.next
            if copy_node.next is not None:
                copy_node.next = copy_node.next.next
            current_node = current_node.next

        return new_head

总结

没有相应的数据结构支持，对于链表的操作可能会比数组等数据结构更棘手。克隆具有 Next 和随机指针的链表是这样一个问题，但是这篇文章介绍了一种用于在 O(1) 空间中克隆具有 Next 和随机指针的链表的 Python 算法。