📔二叉树Book

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二叉树Book


🌟 树的遍历

// 递归写法
List<Integer> list = new ArrayList<>();
public List<Integer> preorderTraversal(TreeNode root) {
    if(root != null) {
        list.add(root.val);
        preorderTraversal(root.left);
        preorderTraversal(root.right);
    }
    return list;
}

模板

public List<Integer> preorderTraversal(TreeNode root) {

    List<Integer> list = new ArrayList<>();
    if(root == null) 
        return list;
    
    Stack<TreeNode> stack = new Stack<>();
    TreeNode node = root;
    while(node!= null || !stack.isEmpty()) {
        while(node != null ){
            stack.push(node);
            node = node.left;
        }

        ......

    }


    return list;
}

1. 前序遍历

public List<Integer> preorderTraversal(TreeNode root) {
    List<Integer> list = new ArrayList<>();
    if(root == null)
        return list;

    Stack<TreeNode> stack = new Stack<>();
    while(root != null || !stack.isEmpty()) {
        while(root != null) {
            stack.push(root);
            list.add(root.val);
            root = root.left;
        }
        if(!stack.isEmpty()){
            root = stack.pop();
            root = root.right;
        }
    }
    return list;
}

2. 中续遍历

public List<Integer> inorderTraversal(TreeNode root) {
    List<Integer> list = new ArrayList<>();
    if(root == null) 
        return list;
    
    Stack<TreeNode> stack = new Stack<>();
    while(root!= null || !stack.isEmpty()) {
        while(root != null ){
            stack.push(root);
            root = root.left;
        }
        if(!stack.isEmpty()){
            root = stack.pop();
            list.add(root.val);
            root = root.right;
        }
    }

    return list;
}

3. 后续遍历

注意 node.right == null || node.right == visited

public List<Integer> postorderTraversal(TreeNode root) {
    List<Integer> list = new ArrayList<>();
    if(root == null)
        return list;
    
    Stack<TreeNode> stack = new Stack<>();
    TreeNode node = root, visited = root;
    while(node!=null || !stack.isEmpty()) {
        while(node != null) {
            stack.push(node);
            node = node.left;
        }
        node = stack.peek();
        if(node.right == null || node.right == visited) {
            stack.pop();
            list.add(node.val);
            visited = node;
            node = null;
        } else {
            node = node.right;
        }
        
    }
    return list;
}

4. 层续遍历

思路:利用队列实现

public List<List<Integer>> levelOrder(TreeNode root) {
        List<List<Integer>> res = new ArrayList<>();
        if(root == null)
            return res;

        Queue<TreeNode> queue = new LinkedList<>();
        queue.offer(root);
        while(!queue.isEmpty()) {
            int size = queue.size();
            List<Integer> list = new ArrayList<>();
            for(int i = 0 ; i < size; i++) {
                TreeNode node = queue.poll();
                list.add(node.val);
                
                if(node.left != null)
                    queue.offer(node.left);
                if(node.right != null)
                    queue.offer(node.right);
            }
            res.add(list);
        }
    
        return res;
    }

🌟 递归解决问题

二叉树最大深度

// 自底向上
public int maxDepth(TreeNode root) {
    if(root == null)
        return 0;
    return Math.max(maxDepth(root.left),maxDepth(root.right)) + 1;
}

自顶向下方法

int res = 0;
// 自顶向下
public int maxDepth(TreeNode root) {
    if(root == null) {
        return 0;
    }
    max(root, 1);
    return res;
}

private void max(TreeNode node, int answer) {
    if(node == null)
        return;

    if(node.left == null && node.right == null){
        res = Math.max(res, answer);
    }

    max(node.left, answer + 1); 
    max(node.right, answer + 1); 
}

对称二叉树

注意 node1 == null && node2 == null 判断

class Solution {
    public boolean isSymmetric(TreeNode root) {
        return isSymmetric(root,root);
    }

    boolean isSymmetric(TreeNode node1, TreeNode node2) {
        if(node1 == null && node2 == null)
            return true;
        if(node1 == null)
            return false;
        if(node2 == null)
            return true;

        if(node1.val != node2.val) {
            return false;
        }

        return isSymmetric(node1.left, node2.right) && isSymmetric(node1.right, node2.left);
    }
}

🌟 路径总和

注意
a) curSum传递
b) if(node == null) return false;

public boolean hasPathSum(TreeNode root, int targetSum) {
        if(root == null)
            return false;

        return getSum(root,targetSum);
    }


    boolean getSum(TreeNode node, int targetSum) {
        if(node == null) 
            return false;
        
        targetSum -= node.val;

        if(targetSum == 0 && node.left == null && node.right == null) {
            return true;
        }
        return getSum(node.left, targetSum) || getSum(node.right, targetSum);
    }

🌟 从中序与后序遍历序列构造二叉树

注意,return null && 边界不要算node

class Solution {
    public TreeNode buildTree(int[] inorder, int[] postorder) {
        return buildTree(inorder,0, inorder.length-1, postorder,0 , postorder.length-1);
    }


     public TreeNode buildTree(int[] inorder, int inStart, int inEnd, int[] postorder, int postStart, 
int postEnd) {
        if(inStart > inEnd || postStart > postEnd)
            return null;
        // 根节点
        TreeNode node = new TreeNode(postorder[postEnd]);
        for(int i = inStart;i<= inEnd;i++){
            // 找到中序的根节点,分隔左右子树
            if(inorder[i] == postorder[postEnd]){
                // 取左子树递归构造
                node.left = buildTree(inorder, inStart, i - 1, postorder, postStart, postStart + i - inStart-1);
                node.right = buildTree(inorder, i + 1 , inEnd, postorder, postStart + i - inStart, postEnd-1);
            }
        }
        return node;
    }
}

从前序与中序遍历序列构造二叉树

public TreeNode buildTree(int[] preorder, int[] inorder) {
        return buildTree(preorder, 0, preorder.length - 1, inorder , 0, inorder.length - 1);
    }

    public TreeNode buildTree(int[] preorder, int preStart, int preEnd, int[] inorder, int inStart, int inEnd) {
        if(preStart > preEnd || inStart > inEnd)
            return null;

        TreeNode node = new TreeNode(preorder[preStart]);

        for(int i = inStart;i <= inEnd; i++) {
            if(inorder[i]==preorder[preStart]) {
                node.left = buildTree(preorder, preStart+ 1, preStart + i - inStart, inorder,inStart,i-1);
                node.right = buildTree(preorder, preStart + 1 + i - inStart, preEnd, inorder,i+1,inEnd);
            }
        }
        return node;
    }

🌟 填充每个节点的下一个右侧节点指针

思路: 基于层续遍历

class Solution {
    public Node connect(Node root) {
        if(root == null)
            return root;

        Queue<Node> queue = new LinkedList<>();
        queue.offer(root);

        while(!queue.isEmpty()) {
            int size = queue.size();
            Node lastNode = null;
            for(int i = 0; i < size; i++) {
                Node node = queue.poll();
                if(lastNode != null) {
                    lastNode.next = node;
                }
                lastNode = node;
                if(node.left != null)
                    queue.offer(node.left);
                if(node.right != null)
                    queue.offer(node.right);
            }
        }
        return root;
    }
}

填充每个节点的下一个右侧节点指针 II

class Solution {
    public Node connect(Node root) {
        if(root == null)
            return root;

        // 每次初始指向上一排的第一个链表
        Node cur = root;
    
        while(cur != null){
            // 第一个空节点
            Node pre = new Node(0);
            // 使用 node 串联
            Node node = pre;
            while(cur != null) {
                if(cur.left != null){
                    node.next = cur.left;
                    node = node.next;
                }
                if(cur.right != null){
                    node.next = cur.right;
                    node = node.next;
                }
                cur = cur.next;
            }
            // 指回该行第一个
            cur = pre.next;
        }
        
        return root;    
    }
}

🌟 二叉树的最近公共祖先

思路:
a) 递归把所有节点放入map
b) 把p节点的祖先们放入visited
c)找q结点祖先和p重合

class Solution {
    private HashMap<Integer,TreeNode> map = new HashMap<>();
    private List<Integer> visited =  new ArrayList<>();
    
    public TreeNode lowestCommonAncestor(TreeNode root, TreeNode p, TreeNode q) {
        getParents(root);
        // 找p节点的祖先们,放入visited
        TreeNode cur = p;
        while (cur != null) {
            visited.add(cur.val);
            // cur再找亲爸爸
            cur = map.get(cur.val);
        }
        cur = q;
        while (cur != null) {
            // 如果发现当前节点和p祖先们【visited】有重合
            if(visited.contains(cur.val)) {
                return cur;
            } 
            // cur再找亲爸爸
            cur = map.get(cur.val);
        }
        return null;
    }
    
    public void getParents(TreeNode root) {
        if(root.left==null && root.right==null)
            return;
            
        if(root.left!=null){
            map.put(root.left.val,root);
            getParents(root.left);
        }
        if(root.right!=null){
            map.put(root.right.val,root);
            getParents(root.right);
        }
    }
}

🌟 二叉树的序列化与反序列化

Tips: 递归

序列化:
root=null 为 #, 使用递归添加到StringBuilder中

反序列化:队列 + 递归

  • 将string进行分隔后加入队列
  • 使用递归进行还原
public class Codec {

    // Encodes a tree to a single string.
    public String serialize(TreeNode root) {
        if(root == null)
            return "#,";

        StringBuilder res = new StringBuilder(root.val + ",");
        res.append(serialize(root.left));
        res.append(serialize(root.right));
        return res.toString(); 
    }

    // Decodes your encoded data to tree.
    public TreeNode deserialize(String data) {
        if(data == null || data == "#,")
            return null;
        
        String[] ss = data.split(",");
        Queue<String> queue = new LinkedList<>();
        for(String s: ss)
            queue.offer(s);

        return pre(queue);
    }


    TreeNode pre(Queue<String> queue) {
        String val = queue.poll();
        if (val.equals("#"))
            return null;

        TreeNode node = new TreeNode(Integer.parseInt(val));
        node.left = pre(queue);
        node.right = pre(queue);
        return node;
    }
}
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