剑指 Offer 07. 重建二叉树

前置概念:

前序:访问根节点,先序遍历左子树,先序遍历右子树;

中序:中序遍历左子树,访问根节点,中序遍历右子树;

后序:后序遍历左子树,后序遍历右子树,访问根节点;

图示

前序:A- B-D-G-H-E-C-F

中序:G-D-H-B-E-A-C-F

后序:G-H-D-E-B-F-C-A

怎么构建一棵树:

通过一组(前序-中序 或 中序-后序)来确定唯一一棵树;

以该题的测试样例举例:

前序遍历 preorder = [3,9,20,15,7]
中序遍历 inorder = [9,3,15,20,7]

前序的第一个数是根节点,在pre数组中找到根节点(3),然后在中序遍历中找到3的位置,那么中序遍历中3左边的(9)就是根节点的左子树(左节点),(15、20、7)就是根节点的右子树(右节点).

通过以上规律可得到一颗树,即:

解题思路如下:

重建二叉树的重构函数分为三个步骤

  • 首先要找到当前元素节点,即pre中的第一个,
  • 接着在中序遍历中找到它的左右子树(此处表现为对前序数组、中序数组的分割操作),以便构造他的左右孩子。
  • 最后再将左右子树在分别放到重构函数中

比如此时,我们找到3的右子树(20、15、7),如下图,它实质上适合上图一样的,只不过此时是以3为根节点,其他操作是一样。

前序:3-20-15-7

中序:3-15-20-7

  此时重复操作:找到当前元素节点,即前序中的第一个,接着便可以在中序遍历中找到他的左右子树,以便构造他的左右孩子。发现他没有左子树,将左孩子放入构造函数中,如图所示:

前序:20-15-7

中序:15-20-7

此时重复操作:找到当前元素节点,即前序中的第一个,接着便可以在中序遍历中找到他的左右子树,以便构造他的左右孩子。将左右孩子放入重构函数中,即

  直到分割成叶子节点,不存在左右子树,他无法再进行分割,故返回自己。叶子节点返回后,其父节点的左右子树分别有了指向,便返回,一步一步向上返回,最后会返回整个二叉树

通过两段代码来学习该题目:

主要是通过第一段代码来理解第二部分的思想。

第一部分代码段:

leetcode官方题解:详细解释就不说了,重点关注下:size_left_subtree变量(左子树中的节点数目);

  1. 通过map的key值可以找到中序中的根节点——————>构造哈希映射,帮助我们快速定位根节点
class Solution {
private Map<Integer, Integer> indexMap; public TreeNode myBuildTree(int[] preorder, int[] inorder, int preorder_left, int preorder_right, int inorder_left, int inorder_right) {
if (preorder_left > preorder_right) {
return null;
} // 前序遍历中的第一个节点就是根节点
int preorder_root = preorder_left;
// 在中序遍历中定位根节点
int inorder_root = indexMap.get(preorder[preorder_root]); // 先把根节点建立出来
TreeNode root = new TreeNode(preorder[preorder_root]);
// 得到左子树中的节点数目
int size_left_subtree = inorder_root - inorder_left;
// 递归地构造左子树,并连接到根节点
// 先序遍历中「从 左边界+1 开始的 size_left_subtree」个元素就对应了中序遍历中「从 左边界 开始到 根节点定位-1」的元素
root.left = myBuildTree(preorder, inorder, preorder_left + 1, preorder_left + size_left_subtree, inorder_left, inorder_root - 1);
// 递归地构造右子树,并连接到根节点
// 先序遍历中「从 左边界+1+左子树节点数目 开始到 右边界」的元素就对应了中序遍历中「从 根节点定位+1 到 右边界」的元素
root.right = myBuildTree(preorder, inorder, preorder_left + size_left_subtree + 1, preorder_right, inorder_root + 1, inorder_right);
return root;
} public TreeNode buildTree(int[] preorder, int[] inorder) {
int n = preorder.length;
// 构造哈希映射,帮助我们快速定位根节点
indexMap = new HashMap<Integer, Integer>();
for (int i = 0; i < n; i++) {
indexMap.put(inorder[i], i);
}
return myBuildTree(preorder, inorder, 0, n - 1, 0, n - 1);
}
}

第二部分代码段:

class Solution {
public TreeNode buildTree(int [] pre,int [] in) {
TreeNode root=ConstructCore(pre,0,pre.length-1,in,0,in.length-1);
return root;
} public TreeNode ConstructCore(int[] pre,int startPre,int endPre,int[] in,int startIn,int endIn)
{
//前序起点下标>前序终点下标 || 中序的起点下标 > 中序终点下标
if(startPre>endPre||startIn>endIn)
return null;
//通过起点下标找到前序中的根节点,并创建
TreeNode node = new TreeNode(pre[startPre]);
//中序遍历
for(int i=startIn;i<=endIn;i++)
{ //在中序中找到了根节点 此时i就是根节点的下标
if(in[i]==pre[startPre])
{
//ConstructCore(前序遍历,前序左子树起点下标,前序左子树终点下标,中序遍历,中序左子树起点下标,中序左子树终点下标)
node.left = ConstructCore(pre,startPre+1,startPre+i-startIn,in,startIn,i-1);
node.right =ConstructCore(pre,startPre+i-startIn+1,endPre,in,i+1,endIn);
break;
}
}
return node; }
}

上述代码最难理解部分如下:

for(int i=startIn;i<=endIn;i++)
{ //在中序中找到了根节点 此时i就是根节点的下标
if(in[i]==pre[startPre])
{
node.left = ConstructCore(pre,startPre+1,startPre+i-startIn,in,startIn,i-1);
node.right =ConstructCore(pre,startPre+i-startIn+1,endPre,in,i+1,endIn);
break;
}
}

我们分析node.left以及node.right:

node.left = ConstructCore(pre,startPre+1,startPre+i-startIn,in,startIn,i-1);

ConstructCore(前序遍历数组,前序左子树起点下标(除去根节点),前序左子树终点下标,中序遍历,中序左子树起点下标,中序左子树终点下标)

详解: startPre+i-startIn

“ i ” 是当前根节点的下标, i-startin --->表示在左子树中的节点数目,前序左子树

startPre+i-startIn--->表示了前序数组中左子树的终止下标

node.right =ConstructCore(pre,startPre+i-startIn+1,endPre,in,i+1,endIn);

ConstructCore(前序遍历,前序右子树起点下标,前序右子树终点下标,中序遍历,中序右子树起点下标,中序右子树终点下标)

i-startin --->表示在左子树中的节点数目,

startPre+i-startIn--->前序左子树终点下标

startPre+i-startIn+1 ---->前序右子树起点下标

i-1 -->中序右子树起点下标。

参考文献:

代码引自:重建二叉树--->https://www.cnblogs.com/MrSaver/p/9205436.html

LeetCode剑指offer官方题解

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