[LeetCode138-链表-中等] 复制带有随机指针的链表

这道题是这样的，就是说有一个链表LindedNode, 通常我们链表包含2个属性，一个是它的值val,另一个是它指向的下一个结点nextNode, 但是这个题目中的链表还有一个属性，就是它还有个随机指针，这个随机指针可能指向链表中的任意结点(包括链表的结尾null结点，或者是自己)

也就是说这个链表LindedNode的C#代码如下

public class LinkedNode
{
        public int val;
        public LinkedNode next;
        public LinkedNode randomNode;

        public LinkedNode(int nodeVal = 0, LinkedNode nextNode = null, LinkedNode ranNode = null)
        {
            val = nodeVal;
            next = nextNode;
            randomNode = ranNode;
        }
      
}

这道题可以用回溯算法来解决。这里，我们先来学习一下什么是回溯算法 =》回溯是递归的一种

回溯算法，也可以称为试探法，它其实就是用的一种 “走不通就掉头”的思想 (迷途知返的策略）, 它的主要思想就是在搜索尝试中找到问题的解，当不满足求解条件时就“回溯"返回，尝试别的路径

也就是说：它从问题的某一种状态(初始状态)出发，搜索从这种状态出发所能达到的所有”状态“，当一条路走到”尽头“时(不能再前进),再后退一步或若干步，从另一种可能的”状态“出发，继续搜索，直到所有的"路径”(状态)都试探过。这种不断试探，不断前进，不断完成一条路径后，往回“回溯”再试探其他路径并最终寻找答案的方法，就是“回溯”法

这道题目用递归(回溯）方法来解决，我们需要转换正常的思路，把一个结点拆分成三个，分别是结点本身ListedNode, 结点指向的下一个结点next, 结点随机指针指向的随机结点randomNode, 我们分别复制这三个，就构成了新的链表结点 =》这也就是说，我们每次会同时复制产生3个结点 => 那么这里问题来了，要注意重复产生的情况，比如第1次产生头结点head的复制结点copyHead, 头节点的下一个结点headNext的复制结点copyHeadNext, 头结点随机指针指向的随机结点headRandom的复制结点copyHeadRandom, 那么以后的每次复制中，我们都要特别注意这个copyHeadNext, copyHeadRandom已经存在，避免重复复制 => 举个例子，第3个结点thirdNode的随机结点也是headRandom(也就是说它的随机指向结点和第一个头结点的随机指向结点相同）=》那么，由于copyHeadRandom已经存在，我们就不应该再次复制headRandom了

C#代码如下

自己第一次写代码时，写下了如下错误的代码：

 public LinkedNode CopyLinkedNode(LinkedNode originalNode)
        {
            if (originalNode == null)
                return null;

            LinkedNode copyNode = null;

            while (originalNode != null) //这里会陷入无限循环，因为在这个循环内部用来递归，递归中又会调用这个循环 =》 所以这里不应该用循环
            {
                //这下面的写法，会存在我上面分析中copy过去的node存在重复的情况，因为很有可能原始链表中的2个node指向的随机node同一个node
                copyNode = new LinkedNode(originalNode.val);
                copyNode.next = CopyLinkedNode(originalNode.next);
                copyNode.randomNode = CopyLinkedNode(originalNode.randomNode);

                originalNode = originalNode.next;
                
            }
            return copyNode;
        }

针对上面存在的无限循环的错误情况，我们把代码改写如下：

 public LinkedNode CopyLinkedNode(LinkedNode originalNode)
 {
            if (originalNode == null)
                return null;
       
              //这下面的写法，会存在我上面分析中copy过去的node存在重复的情况，因为很有可能原始链表中的2个node指向的随机node同一个node
                ListedNode copyNode = new LinkedNode(originalNode.val);
                copyNode.next = CopyLinkedNode(originalNode.next);
                copyNode.randomNode = CopyLinkedNode(originalNode.randomNode);

                      
            return copyNode;
  }

上面的代码，无限循环的问题不存在了，但是还会存在复制的链表中可能出现的重复的node的情况 =》怎么解决？解决这种重复的情况，我们通常使用哈希表来进行，C中Hashtable,Hashset,或者Dictionary(字典），我们这里使用字典Dictionary来解决

Dictionary中键是originalNode, 值是它的复制结点copyNode, 另外，我们注意，由于里面是递归反复调用CopyLinkedNode这个方法，所以我们这个Dictionary应该放在方法CopyLinkedNode外面，否则放在方法CopyLinkedNode里面，每次递归调用时，它就重新初始化一次，以前放进去的都没了 =》改写后的代码如下

class solution
{
    Dictionary<LinkedNode,LinkedNode> linkedDic = new Dictionary<LinkedNode,LinkedNode>();
    public LinkedNode CopyLinkedNode(LinkedNode originalNode)
    {
            if (originalNode == null)
                return null;
              if(!linkedDic.ContainsKey(originalNode))  //判断当前要处理的结点是否已经在字典linkedDic中存在了
              {
                ListedNode copyNode = new LinkedNode(originalNode.val);
                linkedDic.Add(originalNode,copyNode); //把源链表的当前结点和它的复制结点加入到字典linkedDic中
                copyNode.next = CopyLinkedNode(originalNode.next);
                copyNode.randomNode = CopyLinkedNode(originalNode.randomNode);
              }

                      
            return linkedDic[originalNode];
     }
}