You are given a doubly linked list which in addition to the next and previous pointers, it could have a child pointer, which may or may not point to a separate doubly linked list. These child lists may have one or more children of their own, and so on, to produce a multilevel data structure, as shown in the example below.

Flatten the list so that all the nodes appear in a single-level, doubly linked list. You are given the head of the first level of the list.

Example:

Input:
 1---2---3---4---5---6--NULL
         |
         7---8---9---10--NULL
             |
             11--12--NULL

Output:
1-2-3-7-8-11-12-9-10-4-5-6-NULL

Explanation for the above example:

Given the following multilevel doubly linked list:

We should return the following flattened doubly linked list:

這道題給了我們一個多層的雙向連結串列，讓我們壓平成為一層的雙向連結串列，題目中給了形象的圖例，不難理解題意。根據題目中給的例子，我們可以看出如果某個結點有下一層雙向連結串列，那麼下一層雙向連結串列中的結點就要先加入進去，如果下一層連結串列中某個結點還有下一層，那麼還是優先加入下一層的結點，整個加入的機制是DFS的，就是有岔路先走岔路，走到沒路了後再返回，這就是深度優先遍歷的機制。好，那麼既然是DFS，肯定優先考慮遞迴啦。方法有了，再來看具體怎麼遞迴。由於給定的多層連結串列本身就是雙向的，所以我們只需要把下一層的結點移到第一層即可，那麼沒有子結點的結點就保持原狀，不作處理。只有對於那些有子結點的，我們需要做一些處理，由於子結點連結的雙向連結串列要加到後面，所以當前結點之後要斷開，再斷開之前，我們用變數next指向下一個連結串列，然後我們對子結點呼叫遞迴函式，我們suppose返回的結點已經壓平了，那麼就只有一層，那麼就相當於要把這一層的結點加到斷開的地方，所以我們需要知道這層的最後一個結點的位置，我們用一個變數last，來遍歷到壓平的這一層的末結點。現在我們就可以開始連結了，首先把子結點鏈到cur的next，然後把反向指標prev也鏈上。此時cur的子結點child可以清空，然後壓平的這一層的末節點last鏈上之前儲存的next結點，如果next非空，那麼鏈上反向結點prev。這些操作完成後，我們就已經將壓平的這一層完整的加入了之前層斷開的地方，我們繼續在之前層往下遍歷即可，參見程式碼如下：

解法一：

class Solution {
public:
    Node* flatten(Node* head) {
        Node *cur = head;
        while (cur) {
            if (cur->child) {
                Node *next = cur->next;
                cur->child = flatten(cur->child);
                Node *last = cur->child;
                while (last->next) last = last->next;
                cur->next = cur->child;
                cur->next->prev = cur;
                cur->child = NULL;
                last->next = next;
                if (next) next->prev = last;
            }
            cur = cur->next;
        }
        return head;
    }
};

我們其實也可以不用遞迴，連結串列的題不像樹的題，對於樹的題使用遞迴可以很簡潔，而連結串列遞迴和迭代可能差的並不多。如果你仔細對比兩種方法的程式碼，你會發現迭代的寫法剛好比遞迴的寫法少了呼叫遞迴的那一行，給人一種完全沒有必要使用遞迴的感覺，其實兩種解法的操作順序不同的，遞迴寫法是從最底層開始操作，先把最底層加入倒數第二層，再把混合後的層加入倒數第三層，依此類推，直到都融合到第一層為止。而迭代的寫法卻是反過來的，先把第二層加入第一層，此時第二層底下可能還有很多層，不必理會，之後等遍歷到的時候，再一層一層的加入第一層中，不管哪種方法，最終都可以壓平，參見程式碼如下：

解法二：

class Solution {
public:
    Node* flatten(Node* head) {
        Node *cur = head;
        while (cur) {
            if (cur->child) {
                Node *next = cur->next;
                Node *last = cur->child;
                while (last->next) last = last->next;
                cur->next = cur->child;
                cur->next->prev = cur;
                cur->child = NULL;
                last->next = next;
                if (next) next->prev = last;    
            }
            cur = cur->next;
        }
        return head;
    }
};

類似題目：

參考資料：