96. Unique Binary Search Trees

本文探讨了如何计算构造n个节点的不同二叉搜索树的数量,通过递推公式实现了一维动态规划解决方案。

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Given n, how many structurally unique BST's (binary search trees) that store values 1...n?

For example,
Given n = 3, there are a total of 5 unique BST's.

   1         3     3      2      1
    \       /     /      / \      \
     3     2     1      1   3      2
    /     /       \                 \

2 1 2 3

分析:

注意:二分查找树的定义是,左子树节点均小于root,右子树节点均大于root!不要想当然地将某个点作为root时,认为其他所有节点都能全部放在left/right中,除非这个点是 min 或者 max 的。

分析:本题其实关键是递推过程的分析,n个点中每个点都可以作为root,当 i 作为root时,小于 i  的点都只能放在其左子树中,大于 i 的点只能放在右子树中,此时只需求出左、右子树各有多少种,二者相乘即为以 i 作为root时BST的总数。

如果把上例的顺序改一下,就可以看出规律了。

比如,以 1 为根的树的个数,等于左子树的个数乘以右子树的个数,左子树是 0 个元素的树,右子树是 2 个元素的树。

以 2 为根的树的个数,等于左子树的个数乘以右子树的个数,左子树是 1个元素的树,右子树也是 1 个元素的树。依此类推。 当数组为 1; 2; 3; .....; n 时,基于以下原则的构建的 BST 树具有唯一性:以 i 为根节点的树,其左子树由 [1, i-1] 构成,其右子树由 [i+1, n] 构成。 定义 f (i) 为以 [1; i] 能产生的 Unique Binary Search Tree 的数目,则 如果数组为空,毫无疑问,只有一种 BST,即空树,f (0) = 1。 如果数组仅有一个元素 1,只有一种 BST,单个节点,f (1) = 1。 如果数组有两个元素 1,2,那么有如下两种可能

f (2) = f (0) * f (1) ,1 为根的情况         + f (1) * f (0) , 2 为根的情况

再看一看 3 个元素的数组,可以发现 BST 的取值方式如下: f (3) =    f (0) * f (2) ,1 为根的情况            + f (1) * f (1) ,2 为根的情况            + f (2) * f (0) ,3 为根的情况

所以,由此观察,可以得出 f 的递推公式为 至此,问题划归为一维动态规划。

ac代码:

class Solution { public:     int numTrees(int n) {         vector<int>v(n+1,0);         v[0]=1;         v[1]=1;         int i,j;         for(i=2;i<=n;i++)         {             for(j=0;j<i;j++)             {                 v[i]+=v[j]*v[i-j-1];             }         }         return v[n];     } };

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