382. 链表随机节点

给你一个单链表，随机选择链表的一个节点，并返回相应的节点值。每个节点 被选中的概率一样 。

实现 Solution 类：

Solution(ListNode head) 使用整数数组初始化对象。
int getRandom() 从链表中随机选择一个节点并返回该节点的值。链表中所有节点被选中的概率相等。

示例：

输入
[“Solution”, “getRandom”, “getRandom”, “getRandom”, “getRandom”, “getRandom”]
[[[1, 2, 3]], [], [], [], [], []]
输出
[null, 1, 3, 2, 2, 3]

解释
Solution solution = new Solution([1, 2, 3]);
solution.getRandom(); // 返回 1
solution.getRandom(); // 返回 3
solution.getRandom(); // 返回 2
solution.getRandom(); // 返回 2
solution.getRandom(); // 返回 3
// getRandom() 方法应随机返回 1、2、3中的一个，每个元素被返回的概率相等。

提示：

链表中的节点数在范围 [1, 104] 内
-104 <= Node.val <= 104
至多调用 getRandom 方法 104 次

进阶：

如果链表非常大且长度未知，该怎么处理？
你能否在不使用额外空间的情况下解决此问题？

来源：力扣（LeetCode）
链接：https://leetcode-cn.com/problems/linked-list-random-node
著作权归领扣网络所有。商业转载请联系官方授权，非商业转载请注明出处。

分析

今天的每日一题。
方法一：记录所有链表元素
使用数组记录链表所有元素的值，这样随机选择链表的一个节点，就变成在数组中随机选择一个元素。空间复杂度O(n)
方法二：水塘抽样
舍弃空间换时间的方法，从链表头开始，遍历整个链表，对遍历到的第i个节点，随机选择区间 [0,i)内的一个整数，如果其等于0，则将答案置为该节点值，否则答案不变，对于每一个节点被返回的概率都是1/n。证明如下：

如果先求出链表长度再给一个随机数，然后便利链表找到节点会超时。

题解（Java）

方法一：

class Solution {
    List<Integer> list;
    Random random;

    public Solution(ListNode head) {
        list = new ArrayList<Integer>();
        while (head != null) {
            list.add(head.val);
            head = head.next;
        }
        random = new Random();
    }

    public int getRandom() {
        return list.get(random.nextInt(list.size()));
    }
}

作者：LeetCode-Solution
链接：https://leetcode-cn.com/problems/linked-list-random-node/solution/lian-biao-sui-ji-jie-dian-by-leetcode-so-x6it/
来源：力扣（LeetCode）
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。

方法二：

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * public class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode() {}
 *     ListNode(int val) { this.val = val; }
 *     ListNode(int val, ListNode next) { this.val = val; this.next = next; }
 * }
 */
class Solution {
    ListNode head;
    public Solution(ListNode head) {
        this.head = head;
    }
    
    public int getRandom() {
        ListNode temp = new ListNode(0);
        temp.next = head;
        int i = 0, ans = 0;
        Random r = new Random();
        while (temp.next != null) {
            temp = temp.next;
            i++;
            if (r.nextInt(i) == 0) {
                ans = temp.val;
            }
        }
        return ans;
    }
}

/**
 * Your Solution object will be instantiated and called as such:
 * Solution obj = new Solution(head);
 * int param_1 = obj.getRandom();
 */