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[数据结构与算法]彻底拿下二叉树非递归重建

由以下两题展开分析:

105. 从前序与中序遍历序列构造二叉树

106. 从中序与后序遍历序列构造二叉树

为什么前中或者中后能重建,前后能吗?

首先要说明以下为什么单独的前序无法重建:

根据DFS的性质,前序遍历优先往左下探索,直到不能继续则回头寻找右边可走的节点。这种行为给予了前序遍历一个重要性质:

对于前序数组中任意两个连续的节点值x和y,y要么是x的左子节点,要么是x或者x之上某个祖先的右子节点(这里简称为亲戚节点)。

这个性质导致的前序重建的二叉树无法唯一,比如序列12,重建后可以为根节点为1,左节点为2的二叉树,也可以成为根节点为1,右节点为2的二叉树。

所以如果想要重建二叉树的话,只有两种方案:

1.补全空节点的输出。

比如:序列化二叉树

2.非递归,利用中序来判断每一个y是左儿子还是亲戚节点。

3.递归划分子树。

具体解决方案(非递归):

非递归需要对二叉树的性质有着深刻的认知。这里先假设两个遍历的值。

前序序列[1,2,4,6,5,3,7,8],中序序列[6,4,2,5,1,7,3,8]

开始遍历前序序列,此时中序数组下标初始化为0。

当为前序的值为1,需要判断2是左节点还是亲戚节点,此时中序指向的是6。

显然,如果根节点1没有左节点,那么中序序列对应的首位元素也必然是1,所以2只能是左节点

这里采取和非递归前序遍历类似的做法,设定一个栈s存放前序当前遍历的节点。

当遍历到5的时候,S:1 2 4 6

此时栈顶的值和中序的值相同了,则又需要判断5是6的左节点还是亲戚节点。

而根据中序遍历的性质,6是没有左子节点的,所以5必然是6的某个祖先的右节点。

此时栈中存储的是6本身和6的全部祖先,可以推断出5必然是其中某个节点的右节点。

目前树构成的情况是:

在推理的过程中,可以稍加带入,如果5是6的右节点会怎么样?

显然,根据中序遍历的性质,此时输出的结果应为:6 5 4 2 1

这和所给的序列是明显不符的,但同时也可以观察出一个新的性质:二叉树中任意一个纯左斜的子树,例如上图中的所示,其前序和后序的序列必然是完全相反的

这时候,S为1 2 4 6,后序数组值为6,与栈顶相同,抛出

这时候,S为1 2 4,后序数组值为4,与栈顶相同,抛出

这时候,S为1 2,后序数组值为2,与栈顶相同,抛出

这时候,S为1,后序数组值为5,与栈顶不同,将刚刚抛出的2拿过来,5就是它的右节点了。

掌握这两种情况后,依次判断前序数组中每个i和i+1元素的关系即可。

class Solution {
    public TreeNode buildTree(int[] preorder, int[] inorder) {
        if (preorder == null || preorder.length == 0) {
            return null;
        }
        //前序遍历第一个值必是根节点,直接初始化并入栈
        TreeNode root = new TreeNode(preorder[0]);
        Deque<TreeNode> stack = new LinkedList<TreeNode>();
        stack.push(root);
        int j = 0; //中序遍历的下标
        for (int i = 1; i < preorder.length; i++) {
            int cur = preorder[i];
            TreeNode peek = stack.peek();
            //如果不同则直接生成左斜子树
            if (peek.val != inorder[j]) {
                peek.left = new TreeNode(cur);
                stack.push(peek.left);
            } else { //如果相同则从左斜子树逆序往上寻找该放右子节点的地方
                while (!stack.isEmpty() && stack.peek().val == inorder[j]) {
                    peek = stack.pop();
                    j++;
                }
                peek.right = new TreeNode(cur);
                stack.push(peek.right);
            }
        }
        return root;
    }
}

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加:2021-08-27 12:07:09  更:2021-08-27 12:07:56 
 
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