Leetcode 与树(TreeNode )相关的题解测试工具函数总结

最近在剑指Offer上刷了一些题目，发现涉及到数据结构类的题目，如果想在本地IDE进行测试，除了完成题目要求的算法外，还需要写一些辅助函数，比如树的创建，遍历等，由于这些函数平时用到的地方比较多，并且也能加深对常用数据结构的理解，这里将Leetcode中与树（TreeNode)相关题目会用到的测试辅助函数做一个总结。

代码文件说明

1. LeetCode.java 剑指Offer在线编程中关于树的数据结构定义
2. TreeHelper.java: 主要是和树相关的常用操作函数，包括：二叉树的创建、三种遍历、获取树的节点数，高度、判断是否为二叉搜索树，以及搜索二叉树的创建、插入、删除
3. TreeHelperTest.java: 主要用来对TreeHelper.java中的函数进行测试
4. Solution18.java：LeetCode 剑指Offer在线编程第18道题"二叉树的镜像"题解，和本地测试方法

源代码

1.TreeNode.java

package structure;

public class TreeNode {
  public int val = 0;
  public TreeNode left = null;
  public TreeNode right = null;

  public TreeNode(int val) {
    this.val = val;
  }

}

2.TreeHelper.java

package structure;
import static java.lang.Math.max;

public class TreeHelper {

    static int index;
    static String[] values;

    public TreeHelper(){}

    // 根据形如”1，2，#，4，5，#，7，#“的字符串建立二叉树，其中#代表该节点为空
    public void setValues(String treeValues) {
        values = treeValues.split(",");
        index = 0;

    }

    // 递归建立二叉树
    public TreeNode createTree() {
        TreeNode node = null;
        if(index < values.length){
            if (values[index].equals("#")) {
                index++;
                return null;
            }
            node = new TreeNode(Integer.parseInt(values[index]));
            index++;
            node.left = createTree();
            node.right = createTree();
        }
        return node;
    }

    //前序遍历
    public void preOrder(TreeNode root) {
        if (root == null) {
            return;
        } else {
            System.out.print(root.val + " ");
            preOrder(root.left);
            preOrder(root.right);
        }
    }

    //中序遍历
    public void inOrder(TreeNode root) {
        if (root == null) {
            return;
        } else {
            preOrder(root.left);
            System.out.print(root.val + " ");
            preOrder(root.right);
        }
    }

    //后序遍历
    public void postOrder(TreeNode root) {
        if (root == null) {
            return;
        } else {
            preOrder(root.left);
            preOrder(root.right);
            System.out.print(root.val + " ");
        }
    }

    //获取二叉树的节点个数
    public int getNodeNum(TreeNode root) {
        if (root == null) {
            return 0;
        }
        return 1 + getNodeNum(root.left) + getNodeNum(root.right);
    }

    //获取二叉树的高度
    public int getTreeHeight(TreeNode root) {
        if (root == null) {
            return 0;
        }
        return 1 + max(getTreeHeight(root.left), getTreeHeight(root.right));
    }

    //创建二叉搜索树BST
    public TreeNode createSearchTree(int[] treeValues){
        TreeNode rootBST = null;
        for (int value : treeValues) {
            rootBST = insertNode(rootBST,value);
        }
        return rootBST;
    }

    //判断一个二叉树是否为二叉搜索树,时间复杂度O(1)
    public boolean isBST(TreeNode root) {
        return isBSTResolve(root, Integer.MIN_VALUE, Integer.MAX_VALUE);
    }

    public boolean isBSTResolve(TreeNode root, int min, int max) {
        if (root == null) {
            return true;
        }
        if (root.val < min || root.val > max) {
            return false;
        }
        return isBSTResolve(root.left, min, root.val) && isBSTResolve(root.right, root.val, max);
    }

    //根据值查找二叉树搜索树root的某个节点
    public TreeNode findNode(TreeNode rootBST, int val) {
        if (rootBST == null) {
            return null;
        } else if (rootBST.val < val) {
            return findNode(rootBST.right, val);
        } else if (rootBST.val > val) {
            return findNode(rootBST.left, val);
        }
        return rootBST;
    }

    //向二叉搜索树中插入值val
    public TreeNode insertNode(TreeNode rootBST, int val) {
        if (rootBST == null) {
            rootBST = new TreeNode(val);
        } else {
            if (val < rootBST.val) {
                rootBST.left = insertNode(rootBST.left, val);
            } else if (val > rootBST.val) {
                rootBST.right = insertNode(rootBST.right, val);
            }
        }
        return rootBST;
    }

    //删除二叉树中某个值为val的节点
    public TreeNode deleteNode(TreeNode rootBST, int val) {
        if (findNode(rootBST, val) == null) {
            System.out.println("要删除的节点不存在！");
        } else {
            if (val < rootBST.val) {
                rootBST.left = deleteNode(rootBST.left, val);
            } else if (val > rootBST.val) {
                rootBST.right = deleteNode(rootBST.right, val);
            } else {  //rootBST就是要被删除的节点
                if (rootBST.left != null && rootBST.right != null) {  //被删除的节点的左右子节点均存在
                    TreeNode tmp = findMinNode(rootBST.right);  //从右子树找到值最小的节点填充删除节点
                    rootBST.val = tmp.val;
                    rootBST.right = deleteNode(rootBST.right, rootBST.val);  //删除右子树值最小的元素
                } else {  //被删除的节点只有一个或者无子节点存在
                    //被删除节点的左子节点为空，则右子节点取代根节点
                    if (rootBST.left == null) {
                        rootBST = rootBST.right;
                    } else {
                        rootBST = rootBST.left;
                    }
                }
            }
        }
        return rootBST;
    }
    // 找到二叉搜索树中值最小的节点
    public TreeNode findMinNode(TreeNode rootBST) {
        if (rootBST == null) {
            return null;
        } else if (rootBST.left == null) {
            return rootBST;
        }
        return findMinNode(rootBST.left);
    }
}

3.TreeHelperTest.java

package test;

import structure.TreeHelper;
import structure.TreeNode;

class treeHelperTest {
    public static void main(String[] args) {
        String treeNodeValues = "1,2,#,#,3,4,#,#,5,6,#,8,#,#";
        TreeHelper treeHelper = new TreeHelper();
        treeHelper.setValues(treeNodeValues);
        try {
            TreeNode root = treeHelper.createTree();
            System.out.println("创建二叉树成功！");

            System.out.println("前序遍历二叉树：");
            treeHelper.preOrder(root);
            System.out.println();

            System.out.println("中序遍历二叉树：");
            treeHelper.inOrder(root);
            System.out.println();

            System.out.println("后序遍历二叉树：");
            treeHelper.postOrder(root);
            System.out.println();

            System.out.printf("二叉树的节点数目：%d\n", treeHelper.getNodeNum(root));

            System.out.printf("二叉树的高度：%d\n", treeHelper.getTreeHeight(root));

            System.out.println("二叉树是否为二叉搜索树：" + String.valueOf(treeHelper.isBST(root)));
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

        try {
            TreeNode rootBST = treeHelper.createSearchTree(new int[]{2, 4, 3, 1, 9, 7, 6, 8});
            System.out.println("创建二叉搜索树成功！");

            System.out.println("二叉树是否为二叉搜索树：" + String.valueOf(treeHelper.isBST(rootBST)));

            System.out.println("中序遍历二叉搜索树：");
            treeHelper.inOrder(rootBST);
            System.out.println();

            rootBST = treeHelper.insertNode(rootBST, 5);
            System.out.println("中序遍历插入5后的二叉搜索树：");
            treeHelper.inOrder(rootBST);
            System.out.println();

            rootBST = treeHelper.deleteNode(rootBST, 6);
            System.out.println("中序遍历删除6后的二叉搜索树：");
            treeHelper.inOrder(rootBST);
            System.out.println();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

测试结果如下

4.剑指Offer在线编程第18道题"二叉树的镜像"

Solution18

import structure.TreeHelper;
import structure.TreeNode;
/*
 * Q:操作给定的二叉树，将其变换为源二叉树的镜像
 * tag: 树
 */
public class Solution18 {

  public static void main(String[] args) {
    Solution18 s = new Solution18();
    s.testMirror();
  }

  public void Mirror(TreeNode root) {
    if(root == null){
      return;
    }
    if(root.left == null){
      root.left = root.right;
      root.right = null;
      Mirror(root.left);
    }
    else if(root.right == null){
      root.right = root.left;
      root.left = null;
      Mirror(root.right);
    }
    else{
      TreeNode temp = root.left;
      root.left = root.right;
      root.right = temp;
      Mirror(root.right);
      Mirror(root.left);
    }
  }

  public void testMirror(){
    TreeHelper treeHelper = new TreeHelper();
    String treeValues = "1,2,#,#,3,4,#,#,5,6,#,8,#,#";
    treeHelper.setValues(treeValues);
    TreeNode root = treeHelper.createTree();

    System.out.println("中序遍历二叉树：");
    treeHelper.inOrder(root);
    System.out.println();

    Mirror(root);

    System.out.println("中序遍历二叉树的镜像：");
    treeHelper.inOrder(root);
    System.out.println();

  }
}

运行结果如下：