重建二叉树

题目描述

输入某二叉树的前序遍历和中序遍历的结果,请重建出该二叉树。假设输入的前序遍历和中序遍历的结果中都不含重复的数字。例如输入前序遍历序列{1,2,4,7,3,5,6,8}和中序遍历序列{4,7,2,1,5,3,8,6},则重建二叉树并返回。

解题思路

二叉树的前序遍历顺序是根节点、左子树、右子树
中序遍历顺序是左子树、根节点、右子树

前序遍历结果中首元素肯定是二叉树的根节点,要想构建出二叉树就要知道当前节点的左子树和右子树分别是谁,而中序遍历结果中根节点的左子树和右子树范围刚好是数组中当前节点的左区间和右区间

举例:前序遍历结果pre{1,2,4,7,3,5,6,8},
中序遍历结果vin{4,7,2,1,5,3,8,6}
根节点为前序遍历结果首元素1,则找到1在vin中的下标为3,所以根节点1的左子树分别是4,7,2;右子树是5,3,8,6,然后我们遍历pre,依次确定每一节点的左子树区间和右子树区间以及当前节点在其父节点的哪个区间内,如pre[1] = 2,找到它在vin数组中下标为2,在1的左子树区间内,所以确定2为1的左孩子节点,由此递归找下去,直到遍历完pre

代码演示

/**
 * Definition for binary tree
 * struct TreeNode {
 *     int val;
 *     TreeNode *left;
 *     TreeNode *right;
 *     TreeNode(int x) : val(x), left(NULL), right(NULL) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    //找到前序遍历结果在中序遍历数组中对应的下标
    int FindIndex(vector<int> vec,int start, int finish, int to_find)
    {
        for(;start < finish; start++)
        {
            if(vec[start] == to_find)
                return start;
        }

        return -1;
    }
    TreeNode* _BulidTree(vector<int> pre,vector<int> vin, int left, int right,int* index)
    {
        if(left >= right)
            return NULL;
        //证明遍历完数组了
        if(*index >= vin.size())
            return NULL;
        //从前序遍历数组中取出根节点
        TreeNode* new_node = new TreeNode(pre[*index]);
        //找到当前节点在中序遍历数组中的下标,以此来确定其左右子树区间
        int cur = FindIndex(vin,left,right,pre[*index]);
        (*index)++;
        //左子树区间,左闭右开
        new_node->left = _BulidTree(pre,vin,left,cur,index);
        //右子树区间也同样
        new_node->right = _BulidTree(pre,vin,cur+1,right,index);
        return new_node;
    }
    TreeNode* reConstructBinaryTree(vector<int> pre,vector<int> vin) {
        int index = 0;//用来遍历前序数组
        if(pre.size() != vin.size() || pre.size() == 0)
            return NULL;
        return _BulidTree(pre,vin,0,vin.size(),&index);
    }
};
<think>嗯,用户想用C++实现重建二叉树的方法,特别是根据前序和中序遍历来构建。我需要参考提供的引用内容,特别是引用[2]和[4]中的代码示例。首先,我应该确认递归方法的步骤:前序的第一个元素是根节点,然后在中序中找到根的位置,分割左右子树,再递归处理左右子树。用户可能需要详细的步骤解释和代码示例,同时注意边界条件,比如空数组的情况。还要考虑代码的效率,比如使用哈希表来快速查找中序中的根节点位置,如引用[1]提到的indexMap。不过引用[2]中的代码用的是循环查找,可能需要优化。另外,引用[4]提到了递归的模板,可以按照这个结构来组织代码。最后,需要生成相关问题,比如优化方法或应用场景。确保代码正确,语法正确,并符合用户的要求。</think>### C++实现重建二叉树的方法 根据前序遍历和中序遍历重建二叉树的步骤如下: 1. **递归终止条件** 当前序遍历或中序遍历序列为空时返回空指针。 2. **确定根节点** 前序遍历序列的第一个元素为当前子树的根节点值,例如:$pre[0] = rootVal$[^3]。 3. **划分左右子树** 在中序遍历序列中找到根节点的位置$i$,则: - 左子树的中序遍历范围:$vin[0]$至$vin[i-1]$ - 右子树的中序遍历范围:$vin[i+1]$至$vin[end]$ 前序遍历序列根据中序划分结果计算左右子树范围[^4]。 4. **递归构建子树** 对左右子树的序列递归调用构建函数。 #### 代码实现(优化版) ```cpp #include <vector> #include <unordered_map> using namespace std; struct TreeNode { int val; TreeNode* left; TreeNode* right; TreeNode(int x) : val(x), left(nullptr), right(nullptr) {} }; class Solution { public: unordered_map<int, int> indexMap; // 中序遍历值到索引的哈希表 TreeNode* buildTree(vector<int>& pre, int preStart, int preEnd, vector<int>& vin, int vinStart, int vinEnd) { if (preStart > preEnd || vinStart > vinEnd) return nullptr; int rootVal = pre[preStart]; TreeNode* root = new TreeNode(rootVal); int i = indexMap[rootVal]; // 直接通过哈希表查找位置 int leftSize = i - vinStart; root->left = buildTree(pre, preStart + 1, preStart + leftSize, vin, vinStart, i - 1); root->right = buildTree(pre, preStart + leftSize + 1, preEnd, vin, i + 1, vinEnd); return root; } TreeNode* reConstructBinaryTree(vector<int> pre, vector<int> vin) { if (pre.empty() || vin.empty()) return nullptr; for (int i = 0; i < vin.size(); i++) indexMap[vin[i]] = i; // 预存中序遍历索引 return buildTree(pre, 0, pre.size()-1, vin, 0, vin.size()-1); } }; ``` #### 关键改进说明 1. **哈希表优化**:通过预存中序遍历索引,将查找根节点位置的时间复杂度从$O(n)$降为$O(1)$[^1]。 2. **避免向量拷贝**:原代码通过向量切片传递参数(如`leftpre`),现改为传递索引范围,减少内存占用。 3. **边界条件处理**:明确递归终止条件,避免栈溢出。
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