修正双向链表中的随机指针

什么是双向链表

双向链表是一种链式结构，其中每个节点都包含两个指针，一个指向前一个节点，另一个指向后一个节点。与单向链表相比，双向链表可以在O(1)时间内向前或向后遍历。

什么是随机指针

在一个双向链表中，每个节点有一个指向随机节点的指针。这种指针被称为随机指针。

问题描述

给定一个带有随机指针的双向链表，随机指针指向链表中的任意一个节点或空节点。请修正这个链表，使得每个节点的随机指针都指向正确的节点。

解决方案

我们可以使用哈希表来存储原链表中每个节点和它的克隆节点。这样可以避免重复地创建新节点并在链表中查找节点。接下来，我们对原链表进行两次遍历。在第一次遍历中，我们创建每个节点的克隆节点，并将原节点和克隆节点一一对应地存储在哈希表中。在第二次遍历中，我们根据哈希表中存储的信息修正克隆节点的next和random指针。

class Node:
    def __init__(self, val=0, next=None, random=None):
        self.val = val
        self.next = next
        self.random = random

def clone(head):
    if head is None:
        return None

    # 第一遍遍历，创建克隆节点，并将节点和克隆节点存入哈希表
    node_map = {}
    curr = head
    while curr:
        node_map[curr] = Node(curr.val, None, None)
        curr = curr.next

    # 第二遍遍历，修正克隆节点的next和random指针
    curr = head
    while curr:
        if curr.next:
            node_map[curr].next = node_map[curr.next]
        if curr.random:
            node_map[curr].random = node_map[curr.random]
        curr = curr.next

    return node_map[head]

复杂度分析

时间复杂度：O(n)，其中n是链表中的节点数。第一遍遍历需要O(n)的时间创建克隆节点并将节点和克隆节点存入哈希表，第二遍遍历需要O(n)的时间修正克隆节点的next和random指针。

空间复杂度：O(n)，其中n是链表中的节点数。哈希表中存储每个节点和它的克隆节点，所以空间复杂度是O(n)。