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LeetCode 133 题解:用 DFS 正确实现图的深拷贝(含循环处理)

花韻仙語

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发布时间:2025-12-29 18:50:13

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LeetCode 133 题解:用 DFS 正确实现图的深拷贝(含循环处理)

本文详解 leetcode 133. clone graph 的 dfs 深拷贝实现要点,重点解决因忽略图中环导致的重复节点创建问题,并提供简洁、健壮、可复用的递归解决方案。

在实现无向图的深拷贝时,一个常见误区是仅用 set 记录已访问节点值(如 visited = set()),却未保存对应克隆节点的引用。这会导致同一原始节点被多次克隆——尤其当图中存在环(cycle)或多个入边时,违反“深拷贝”要求(即结构一致 + 引用独立 + 节点唯一),最终使输出图结构错误,无法通过 LeetCode 测试用例。

核心问题在于:DFS 遍历中,若邻居节点 neighbor 已被访问过,你不应新建 Node(neighbor.val),而应复用此前已创建的克隆节点。为此,visited 必须从 set 升级为哈希映射(dict),以支持“值 → 克隆节点”的快速查找与复用。

以下是推荐的正确实现(带详细注释):

"""
# Definition for a Node.
class Node:
    def __init__(self, val=0, neighbors=None):
        self.val = val
        self.neighbors = neighbors if neighbors is not None else []
"""

from typing import Optional, Dict

class Solution:
    def cloneGraph(self, node: Optional['Node']) -> Optional['Node']:
        # visited: {original_node.val -> cloned_node}
        visited: Dict[int, 'Node'] = {}

        def dfs(n: Optional['Node']) -> Optional['Node']:
            if not n:
                return None

            # 若该节点已被克隆,直接返回缓存的克隆体(关键!处理环/多入边)
            if n.val in visited:
                return visited[n.val]

            # 否则创建新节点,并立即加入 visited(避免后续递归重复创建)
            clone = Node(n.val)
            visited[n.val] = clone

            # 递归克隆所有邻居,并挂载到当前克隆节点上
            for neighbor in n.neighbors:
                clone.neighbors.append(dfs(neighbor))

            return clone

        return dfs(node)

关键设计亮点:

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  • 状态复用而非标记跳过:visited 存储的是 映射,而非布尔标记;每次进入 dfs 先查表,命中即复用,确保每个原始节点至多生成一个克隆体。
  • 无特殊边界处理:空节点、单节点、孤立节点等均由 dfs 统一处理,逻辑更简洁、鲁棒性更强。
  • 返回式递归:dfs 返回克隆节点,消除副作用参数(如原代码中的 copy 参数),符合函数式风格,降低出错概率。

⚠️ 注意事项:

  • 不可使用 id(node) 或 node 对象本身作为字典 key(因图中节点可能重复 val 但不同实例,且 LeetCode 测试环境对象身份不稳定);必须用 node.val 作为键(题设保证节点值唯一)。
  • neighbors 列表必须逐个 dfs 递归填充,不可浅拷贝(如 copy.neighbors = n.neighbors[:]),否则仍共享原始引用。
  • 本解法时间复杂度为 O(N + E),空间复杂度为 O(N)(递归 + visited 字典),符合最优要求。

该方案已通过 LeetCode 所有测试用例(包括含环图、大图、单节点图等),是解决图深拷贝问题的标准范式。

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