105. Construct Binary Tree from Preorder and Inorder Traversal(由先序遍历和中序遍历构建二叉树)

本文详细介绍了两种基于先序和中序遍历构建二叉树的方法。第一种方法利用哈希映射加速查找过程,效率高;第二种方法则更通用,适用于所有情况。通过递归确定根节点和左右子树,最终构建完整的二叉树。

题目描述

Given preorder and inorder traversal of a tree, construct the binary tree.

Note:
You may assume that duplicates do not exist in the tree.
在这里插入图片描述

方法思路

Approach1:
由中序遍历和先序遍历确定二叉树
0.确定递归返回的临界条件。
if(start > end) return null;
1.根据先序遍历确定根结点:TreeNode root = new TreeNode(preorder[preIndex++]);因为先序遍历的特 性,可将preIndex设置为全局变量,很方便,而后序遍历与中序遍历的组合就无法使用全局变量了 。
2.在中序遍历的数组中确定根结点的索引:int index = map.get(root.val);
3.确定左子树与右子树的范围。
root.left = btHelper(preorder,map,start,index-1);
root.right = btHelper(preorder,map,index+1,end);
4.return root;

class Solution {
    //Runtime: 2 ms, faster than 97.75% 
    //Memory Usage: 37.2 MB, less than 86.50%
    int preIndex = 0;
    public TreeNode buildTree(int[] preorder, int[] inorder) {
        
        if(preorder == null || preorder.length == 0) return null;
        Map<Integer,Integer> map = new HashMap();
        for(int i = 0; i < inorder.length; i++){
            map.put(inorder[i],i);
        }
        
        return btHelper(preorder,map,0, inorder.length-1);
        
        
    }
    
    private TreeNode btHelper(int[] preorder, Map<Integer,Integer> map, int start, int end){
        
        if(start > end) return null;
        //由先序遍历数组可以很容易的得到根结点的值
        TreeNode root = new TreeNode(preorder[preIndex++]);
        
        //index 是当前子树的根结点的索引,由此可以得到左右子树的索引范围,从而进行递归
        int index = map.get(root.val);
        
        root.left = btHelper(preorder,map,start,index-1);
        root.right = btHelper(preorder,map,index+1,end);
        
        return root;
        
    }
}

Approach2:
更加一般性的方法

class Solution {
    //Runtime: 7 ms, faster than 53.85%
    //Memory Usage: 37.2 MB, less than 82.21%
    public TreeNode buildTree(int[] preorder, int[] inorder) {
        return build(inorder, preorder, 0, 0, inorder.length-1);
    }
    
    public TreeNode build(int[] inorder, int[] preorder, int pre_start, int in_start, int in_end) {
        if (pre_start > preorder.length-1 || in_start > in_end) return null;
        
        TreeNode root = new TreeNode(preorder[pre_start]);
				
        int index = 0;
        for (int i = in_start; i <= in_end; i++) 
	        if (inorder[i] == root.val) 
                index = i;

        root.left = 
            build(inorder, preorder, pre_start + 1, in_start, index-1);
        root.right = 
            build(inorder, preorder, pre_start + (index - in_start + 1), index + 1, in_end);
     
        return root;
    }
}
### 如何用 C 语言通过前序遍历序遍历构建二叉树 在 LeetCode 的题目 **105. Construct Binary Tree from Preorder and Inorder Traversal** 中,目标是从给定的前序遍历 (`preorder`) 序遍历 (`inorder`) 构建一棵唯一的二叉树。以下是基于此问题的解决方案。 #### 方法概述 为了完成这一任务,可以采用递归的方法解决该问题。核心思路如下: - 前序遍历的第一个元素总是当前子树的根节点。 - 利用这个根节点,在中序遍历序列中找到其位置 `index`,从而将中序遍历划分为左子树部分(位于索引左侧的部分)右子树部分(位于索引右侧的部分)。 - 对于每棵子树,重复上述过程直至处理完毕所有节点。 这种方法的时间复杂度为 O(n),其中 n 是节点的数量[^3]。 #### 数据结构定义 首需要定义一个表示二叉树节点的数据结构: ```c // 定义二叉树节点结构体 struct TreeNode { int val; struct TreeNode* left; struct TreeNode* right; }; ``` #### 实现代码 下面是完整的 C 语言实现代码: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib> // 查找函数:用于在 inorder 数组中定位指定值的位置 int findIndex(int* inorder, int start, int end, int value) { for (int i = start; i <= end; ++i) { if (inorder[i] == value) return i; } return -1; // 如果未找到则返回错误码 } // 辅助递归函数 struct TreeNode* buildTreeHelper( int* preorder, int preStart, int preEnd, int* inorder, int inStart, int inEnd ) { if (preStart > preEnd || inStart > inEnd) return NULL; // 创建新节点并初始化 struct TreeNode* root = malloc(sizeof(struct TreeNode)); root->val = preorder[preStart]; // 在 inorder 数组中寻找根节点的位置 int index = findIndex(inorder, inStart, inEnd, preorder[preStart]); // 计算左子树长度 int leftSize = index - inStart; // 递归构造左右子树 root->left = buildTreeHelper(preorder, preStart + 1, preStart + leftSize, inorder, inStart, index - 1); root->right = buildTreeHelper(preorder, preStart + leftSize + 1, preEnd, inorder, index + 1, inEnd); return root; } // 主调用接口 struct TreeNode* buildTree(int* preorder, int preorderSize, int* inorder, int inorderSize) { if (!preorder || !inorder || preorderSize != inorderSize) return NULL; return buildTreeHelper(preorder, 0, preorderSize - 1, inorder, 0, inorderSize - 1); } ``` #### 复杂度分析 - 时间复杂度:O(n)[^3],因为每个节点仅被访问一次。 - 空间复杂度:取决于递归栈的最大深度,最坏情况下可能达到 O(n)。 #### 测试案例 假设输入数据如下: ```plaintext Preorder: [3,9,20,15,7] Inorder : [9,3,15,20,7] ``` 可以通过以下方式测试程序: ```c void printTree(struct TreeNode* node) { if (node == NULL) return; printf("%d ", node->val); printTree(node->left); printTree(node->right); } int main() { int preorder[] = {3, 9, 20, 15, 7}; int inorder[] = {9, 3, 15, 20, 7}; int size = sizeof(preorder)/sizeof(preorder[0]); struct TreeNode* root = buildTree(preorder, size, inorder, size); printTree(root); // 输出应为原前序遍历顺序 return 0; } ``` 运行结果将是 `[3 9 20 15 7]`,这表明重建后的二叉树与原始一致[^4]。 ---
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