手把手刷二叉树(二)
GitHub上有这样一个热门的开源项目,它介绍了如何刷算法,培养框架思维。于是我将学习过程中的笔记记录在此。
原项目地址:
https://github.com/labuladong/fucking-algorithm
保持学习,内心将获得前所未有的平静。
手把手刷二叉树 (二)
首先复习一下,写树的算法,关键思路是什么?
把题目的要求细化,搞清楚根节点应该做什么,然后剩下的事情抛给前/中/后序的遍历框架就行了,最重要的是不要跳进递归的细节,你以为你的脑袋可以压几个栈?
构造最大二叉树 LeetCode 654 Medium
题目:给定一个不含重复元素的整数数组。一个以此数组构建的最大二叉树定义如下:
二叉树的根式数组中的最大元素。
左子树是通过数组中最大值的左边部分构造出的最大二叉树。
右子树是通过数组中最大值的右边部分构造出的最大二叉树。
函数签名如下:
TreeNode constructMaxinumBinaryTree(int[] nums);
先明确根节点做什么?对于构造二叉树的问题,根节点要做的就是想办法把自己构造出来。
我们肯定要遍历数组找到最大值 maxVal
,把根节点 root
做出来,然后对 maxVal
左边的数组和右边的数组进行递归调用,作为 root
的左右子树。
假设输入的数组为 [3, 2, 1, 6, 0, 5]
,对于整个树的根节点来说,其实在做这件事:
TreeNode constructMaximumBinaryTree([3, 2, 1, 6, 0, 5]) {
// 找到数组中的最大值
TreeNode root = new TreeNode(6);
// 递归调用构造左右子树
root.left = constructMaximumBinaryTree([3, 2, 1]);
root.right = constructMaximumBinaryTree([0, 5]);
return root;
}
再详细一点,就是如下伪码:
TreeNode constructMaximumBinaryTree(int[] nums) {
if (num is empty) return null;
int maxVal = Integer.MIN_VALUE;
int index = 0;
for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
if (nums[i] > maxVal) {
maxVal = nums[i];
index = i;
}
}
TreeNode root = new TreeNode(maxVal);
// 递归调用构造左右子树
root.left = constructMaximumBinaryTree(nums[0..index-1]);
root.right = constructMaximumBinaryTree(nums[index + 1..nums.length -1]);
return root;
}
对于每个根节点,只需要找到当前 nums
中的最大值和对应的索引,然后递归调用左右数组构造左右子树即可。
明确了思路,我们可以重新写一个辅助函数 bulid
,来控制 nums
的索引:
/* 主函数 */
TreeNode constructMaximumBinaryTree(int[] nums) {
return build(nums, 0, nums.length - 1);
}
/* 将nums[lo..hi] 构造成符合条件的树,返回根节点*/
TreeNode bulid(int[] nums, int lo, int hi) {
// base case
if (lo > hi) {
return null;
}
// 找到数组中的最大值和对应的索引
int index = -1, maxVal = Integer.MIN_VALUE;
for (int i = lo; i <= hi; i++) {
if (maxVal < nums[i]) {
index = i;
maxVal = nums[i];
}
}
TreeNode root = new TreeNode(maxVal);
// 左右递归调用构造左右子树
root.left = build(nums, lo, index - 1);
root.right = build(nums, index + 1, hi);
return root;
}
这道题还算简单对吗?还有两道更困难的常见算法题:用前序/中序遍历结果还原二叉树,以及用后序/中序遍历结果还原二叉树。
通过前序和中序遍历结果构造二叉树 LeetCode 105 Medium
函数签名如下:
TreeNode buildTree(int[] preorder, int[] inorder);
废话不多说,直接思考,根节点应该做什么。
类似上一题,我们肯定要想办法确定根节点的值,把根节点做出来,然后递归调用左右子树即可。
我们首先回顾一下,前序遍历和中序遍历的结果有什么特点?
void traverse(TreeNode root) {
// 前序遍历
preorder.add(root.val);
traverse(root.left);
traverse(root.right);
}
void traverse(TreeNode root) {
traverse(root.left);
// 中序遍历
inorder.add(root.val);
traverse(root.right);
}
找到根节点是很简单的,前序遍历的第一个值 preorder[0]
就是根节点的值,关键在于如何通过根节点的值,将 preorder
和 poster
数组划分为两半,构造根节点的左右子树?
换句话说,对于以下代码中的 ?
部分应该填入什么:
/* 主函数 */
TreeNode buildTree(int[] preorder, int[] inorder) {
return build(preoerder, 0, preorder.length - 1,
inoder, 0, inorder.length - 1);
}
TreeNode build(int[] preorder, int preStart, int preEnd,
int[] inorder, int inStart, int inEnd) {
int rootVal = preorder[preStart];
int index = 0;
for (int i = inStart; i <= inEnd; i++) {
if (inorder[i] == rootVal) {
index = i;
break;
}
}
TreeNode root = new TreeNode(rootVal);
root.left = build(preorder, ?, ?,
inorder, ?, ?);
root.right = build(preorder, ?, ?,
inorder, ?, ?);
return root;
}
对于左右子树对应的 inorder
数组的起始索引和终止索引比较容易确定:
root.left = build(preorder, ?, ?,
inorder, inStart, index - 1);
root.right = build(preorder, ?, ?,
inorder, index + 1, inEnd);
对于 preorder
数组呢?如何确定左右数组对应的起始索引和终止索引?
这个可以通过左子树的节点数推导出来,假设左子树的节点数为 leftSize
,那么 preorder
数组上的索引情况是这样:
root.left = build(preorder, preStart + 1, preStart + leftSize,
inorder, inStart, index - 1);
root.right = build(preorder, preStart + leftSize + 1, preEnd,
inorder, index + 1, inEnd);
至此,整个算法思路就完成了,再补全 base case 即可写出解法代码:
TreeNode build(int[] preorder, int preStart, int preEnd,
int[] inorder, int inStart, int inEnd) {
if (preSatrt > preEnd) {
return null;
}
int rootVal = preorder[preStart];
int index = 0;
for (int i = inStart; i <= inEnd; i++) {
if (inorder[i] == rootVal) {
index = i;
break;
}
}
int leftSize = index - inStart;
TreeNode root = new TreeNode(rootVal);
root.left = build(preorder, preStart + 1, preStart + leftSize,
inorder, inStart, index - 1);
root.right = build(preorder, preStart + leftSize + 1, preEnd,
inorder, index + 1, inEnd);
return root;
}
主函数只需要调用 build
函数即可,看起来函数参数很多,写了很多代码,似乎比前一道题难很多,让人望而生畏,但是,实际上这些参数无非就是控制数组起止位置的,画个图就可以解决。
通过后序和中序遍历结果构造二叉树 LeetCode Medium
有了前一题的铺垫,很快就能写出完整的解法代码:
TreeNode build(int[] inorder, int inStart, int inEnd,
int[] postorder, int postStart, int postEnd) {
if (inStart > inEnd) {
return null;
}
int rootVal = postorder[postEnd];
int index = 0;
for (int i = inStart; i < inEnd; i++) {
if (inorder[i] == rootVal) {
index = i;
break;
}
}
int leftSize = index - inStart;
TreeNode root = new TreeNode(rootVal);
root.left = build(inorder, inStart, index - 1,
postorder, postStart, postStart + leftSize - 1);
root.right = build(inorder, index + 1, inEnd,
postorder, postStart + leftSize, postEnd - 1);
return root;
}
最后呼应一下前文,做二叉树的问题,关键是把题目的要求细化,搞清楚根节点该做什么,然后剩下的事情抛给前/中/后序的遍历框架就行了。