题目

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 . r a n d o m − − > Y X.random --> Y 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 . r a n d o m − − > y x.random --> y 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。

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：
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。

题解

因为存在随即指针，所以不能够简单的从头到尾复制所有节点。
哈希表法
第一次遍历原链表使用哈希表存储对应的原节点和复制节点，并构建复制链表；
第二次遍历原链表就可以将复制节点的random指针指向 原节点的random指针指向的节点的对应复制节点。

/*
// Definition for a Node.
class Node {
    int val;
    Node next;
    Node random;

    public Node(int val) {
        this.val = val;
        this.next = null;
        this.random = null;
    }
}
*/

class Solution {
    public Node copyRandomList(Node head) {
       if(head == null) return null;
       Node p1 = head;
       Node newHead = new Node(p1.val), p2 = newHead;
       Map<Node, Node> map = new HashMap<>();    // 使用map存储对应的原节点和复制节点
       map.put(p1, p2);
       while(p1.next != null){
           p1 = p1.next;
           Node node = new Node(p1.val);
           p2.next = node;
           p2 = p2.next;
           map.put(p1, p2);
       }
       p2.next = null;

       p1 = head;
       p2 = newHead;
       while(p1 != null){
           p2.random = map.get(p1.random);
           p1 = p1.next;
           p2 = p2.next;
       }
       return newHead;
    }
}

精简代码

class Solution {
    public Node copyRandomList(Node head) {
       if(head == null) return null;
       Node p1 = head;
       Map<Node, Node> map = new HashMap<>();    // 使用map存储对应的原节点和复制节点
       while(p1 != null){
           Node node = new Node(p1.val, null, null);
           map.put(p1, node);
           p1 = p1.next;
       }

       p1 = head;
       while(p1 != null){
           map.get(p1).next = map.get(p1.next);  // 复制节点的next指向原节点的next的复制节点
           map.get(p1).random = map.get(p1.random);  // 复制节点的random指向原节点的random的复制节点
           p1 = p1.next;
       }
       return map.get(head);
    }
}

原地处理
原地处理，将克隆结点放在原结点后面，在原链表上处理克隆结点的random指针，最后分离两个链表。

class Solution {
    public Node copyRandomList(Node head) {
        if(head == null){
            return head;
        }
        // 空间复杂度O(1)，将克隆结点放在原结点后面
        Node node = head;
        // 1->2->3  ==>  1->1'->2->2'->3->3'
        while(node != null){
            Node clone = new Node(node.val,node.next,null);
            Node temp = node.next;
            node.next = clone;
            node = temp;
        }
        // 处理random指针
        node = head;
        while(node != null){
            // ！！
            node.next.random = node.random == null ? null : node.random.next;
            node = node.next.next;
        }
        // 还原原始链表，即分离原链表和克隆链表
        node = head;
        Node cloneHead = head.next;
        while(node.next != null){
            Node temp = node.next;
            node.next = node.next.next;
            node = temp;
        }
        return cloneHead;
    }
}