LeetCode-105:Construct Binary Tree from Preorder and Inorder Traversal (利用先序和中序遍历构建二叉树) -- medium

本文介绍如何根据给定的先序和中序遍历数组构建二叉树的方法,提供了两种实现方式,一种是使用Java的数据结构和递归调用,另一种是更简洁的Python解法。

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Question

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

Note:

  • You may assume that duplicates do not exist in the tree.

问题解析:

给定一棵树的先序和中序遍历数组,构建该二叉树。

Answer

Solution 1:

数据结构,递归调用。

LeetCode-106:Construct Binary Tree from Inorder and Postorder Traversal的思想是相同的。

  • 利用先序遍历的最先的一个元素为子树的根结点,该根结点在中序遍历的位置为左右子树的分割点。
  • 需要注意左右子树的边界。
/**
 * Definition for a binary tree node.
 * public class TreeNode {
 *     int val;
 *     TreeNode left;
 *     TreeNode right;
 *     TreeNode(int x) { val = x; }
 * }
 */
class Solution {
    public TreeNode buildTree(int[] preorder, int[] inorder) {
        if (preorder == null || inorder == null || preorder.length != inorder.length) return null;
        Map<Integer, Integer> inMap = new HashMap<Integer, Integer>();
        for(int i = 0; i < inorder.length; i++) {
            inMap.put(inorder[i], i);
        }

        TreeNode root = buildTree(preorder, 0, preorder.length - 1, inorder, 0, inorder.length - 1, inMap);
        return root;
    }

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

        TreeNode root = new TreeNode(preorder[preStart]);
        int inRoot = inMap.get(root.val);
        int numsLeft = inRoot - inStart;

        root.left = buildTree(preorder, preStart + 1, preStart + numsLeft, inorder, inStart, inRoot - 1, inMap);
        root.right = buildTree(preorder, preStart + numsLeft + 1, preEnd, inorder, inRoot + 1, inEnd, inMap);

        return root;
    }
}
  • 时间复杂度:O(lgn),空间复杂度:O(n)
Solution 2:

python 解法,更加简洁。

  • 以preorder从前到后一直保存的是子树的根结点,所以取根结点直接pop(0),先建立左子树,再建立右子树。
  • 更加清晰简洁。
# Definition for a binary tree node.
# class TreeNode:
#     def __init__(self, x):
#         self.val = x
#         self.left = None
#         self.right = None

class Solution:
    def buildTree(self, preorder, inorder):
        """
        :type preorder: List[int]
        :type inorder: List[int]
        :rtype: TreeNode
        """
        if not preorder or not inorder:
            return None

        root = TreeNode(preorder.pop(0))
        preorderindex = inorder.index(root.val)

        root.left = self.buildTree(preorder, inorder[:preorderindex])
        root.right = self.buildTree(preorder, inorder[preorderindex+1:])

        return root
### 如何用 C 语言通过前序遍历序遍历构建二叉树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: -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: ```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 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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