105. 从前序与中序遍历序列构造二叉树

本文详细解析了如何利用前序和中序遍历序列构建二叉树的过程,通过递归算法,逐步分解并定位每个节点,最终重构出完整的二叉树结构。

这道题按照下面的思路进行的。

直接复制思路:

**C++**。首先要知道一个结论,前序/后序+中序序列可以唯一确定一棵二叉树,所以自然而然可以用来建树。

看一下前序和中序有什么特点,前序1,2,4,7,3,5,6,8 ,中序4,7,2,1,5,3,8,6

有如下特征:

  1. 前序中左起第一位1肯定是根结点,我们可以据此找到中序中根结点的位置rootin
  2. 中序中根结点左边就是左子树结点,右边就是右子树结点,即[左子树结点,根结点,右子树结点],我们就可以得出左子树结点个数为int left = rootin - leftin;
  3. 前序中结点分布应该是:[根结点,左子树结点,右子树结点]
  4. 根据前一步确定的左子树个数,可以确定前序中左子树结点和右子树结点的范围;
  5. 如果我们要前序遍历生成二叉树的话,下一层递归应该是:
    • 左子树:root->left = pre_order(前序左子树范围,中序左子树范围,前序序列,中序序列);
    • 右子树:root->right = pre_order(前序右子树范围,中序右子树范围,前序序列,中序序列);
  6. 每一层递归都要返回当前根结点root

class Solution {

public:

    TreeNode* buildTree(vector<int>& preorder, int pre_low, int pre_high, vector<int>& inorder, int inorder_low, int inorder_high) {

        if(pre_low > pre_high || inorder_low > inorder_high) return NULL;

        //int root_inorder(0);

        auto s = new TreeNode(preorder[pre_low]);

        int mid = find(inorder.begin(), inorder.end(), preorder[pre_low]) - inorder.begin();

        //cout << ""

        int left_legnth = mid - inorder_low;

        s->left = buildTree(preorder, pre_low+1, pre_low + left_legnth, inorder, inorder_low, mid-1);

        s->right = buildTree(preorder, pre_low + left_legnth +1, pre_high, inorder, mid+1, inorder_high);

        return s;

    }

 

    TreeNode* buildTree(vector<int>& preorder, vector<int>& inorder) {

        int pre_low(0), pre_high(preorder.size()-1);

        int inorder_low(0), inorder_high(inorder.size()-1);

        return buildTree(preorder, pre_low, pre_high, inorder, inorder_low, inorder_high);

    }

};

从前序遍历序列构造二叉树可以使用迭代和递归两种方法。 ### 迭代方法 迭代方法利用栈来模拟递归调用的过程。以下是实现代码: ```cpp #include <vector> #include <stack> // 定义二叉树节点结构 struct TreeNode { int val; TreeNode *left; TreeNode *right; TreeNode(int x) : val(x), left(nullptr), right(nullptr) {} }; class Solution { public: TreeNode* buildTree(std::vector<int>& preorder, std::vector<int>& inorder) { if (!preorder.size()) { return nullptr; } TreeNode* root = new TreeNode(preorder[0]); std::stack<TreeNode*> stk; stk.push(root); int inorderIndex = 0; for (int i = 1; i < preorder.size(); ++i) { int preorderVal = preorder[i]; TreeNode* node = stk.top(); if (node->val != inorder[inorderIndex]) { node->left = new TreeNode(preorderVal); stk.push(node->left); } else { while (!stk.empty() && stk.top()->val == inorder[inorderIndex]) { node = stk.top(); stk.pop(); ++inorderIndex; } node->right = new TreeNode(preorderVal); stk.push(node->right); } } return root; } }; ``` 迭代方法的思路是:首先创建根节点并将其压入栈中。然后遍历前序遍历数组,对于每个元素,判断它是栈顶节点的左子节点还是某个节点的右子节点。如果它不是当前中序遍历指针所指元素,则作为栈顶节点的左子节点;否则,通过弹出栈中的节点,找到合适的父节点来插入该元素作为右子节点 [^2]。 ### 递归方法 递归方法基于前序遍历和中序遍历的特性。前序遍历的第一个元素是根节点,在中序遍历中找到该根节点的位置,其左边的元素构成左子树的中序遍历,右边的元素构成右子树的中序遍历。根据左右子树的元素数量,可以在前序遍历中划分出左右子树的前序遍历。然后递归地构建左右子树。以下是实现代码: ```python # 定义二叉树节点类 class TreeNode: def __init__(self, val=0, left=None, right=None): self.val = val self.left = left self.right = right def buildTree(preorder, inorder): if not preorder or not inorder: return None # 前序遍历的第一个元素是根节点 root_val = preorder[0] root = TreeNode(root_val) # 在中序遍历中找到根节点的位置 inorder_index = inorder.index(root_val) # 递归构建左子树 root.left = buildTree(preorder[1:inorder_index + 1], inorder[:inorder_index]) # 递归构建右子树 root.right = buildTree(preorder[inorder_index + 1:], inorder[inorder_index + 1:]) return root ``` 递归方法的核心是利用前序遍历和中序遍历的特性,不断地划分左右子树的范围,然后递归构建左右子树。
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