653. Two Sum IV - Input is a BST

本文介绍了一种在二叉搜索树中查找是否存在两个元素之和等于给定目标值的方法。通过三种不同的实现方式:中序遍历后使用双指针技巧、使用两个迭代器分别从树的两端遍历以及递归深度优先搜索配合哈希集合检查,有效地解决了这一问题。

 

Given a Binary Search Tree and a target number, return true if there exist two elements in the BST such that their sum is equal to the given target.

Example 1:

Input: 
    5
   / \
  3   6
 / \   \
2   4   7

Target = 9

Output: True

 

Example 2:

Input: 
    5
   / \
  3   6
 / \   \
2   4   7

Target = 28

Output: False

 

 

class Solution {
public:
    bool findTarget(TreeNode* root, int k) {
        vector<int> nums;
        inorder(root, nums);
        return findTargetInSortedArray(nums, k);
    }

private:
    void inorder(TreeNode* node, vector<int>& nums) {
        if (!node) return;
        inorder(node->left, nums);
        nums.push_back(node->val);
        inorder(node->right, nums);
    }

    bool findTargetInSortedArray(vector<int> a, int target) {
        for (int i = 0, j = a.size() - 1; i < j;) {
            int sum = a[i] + a[j];
            if (sum == target) {
                return true;
            }
            else if (sum < target) {
                i++;
            }
            else {
                j--;
            }
        }

        return false;
    }
};

 

class BSTIterator {
    stack<TreeNode*> s;
    TreeNode* node;
    bool forward;
public:
    BSTIterator(TreeNode *root, bool forward) : node(root), forward(forward) {};
    bool hasNext() {
        return node != nullptr || !s.empty();
    }
    int next() {
        while (node || !s.empty()) {
            if (node) {
                s.push(node);
                node = forward ? node->left : node->right;
            }
            else {
                node = s.top();
                s.pop();
                int nextVal = node->val;
                node = forward ? node->right : node->left;
                return nextVal;
            }
        }

        return -1;  // never reach & not necessary
    }
};
class Solution {
public:
    bool findTarget(TreeNode* root, int k) {
        if (!root) return false;
        BSTIterator l(root, true);
        BSTIterator r(root, false);
        for (int i = l.next(), j = r.next(); i < j;) {
            int sum = i + j;
            if (sum == k) {
                return true;
            }
            else if (sum < k) {
                i = l.next();
            }
            else {
                j = r.next();
            }
        }
        return false;
    }
};

 

 bool findTarget(TreeNode* root, int k) {
        unordered_set<int> set;
        return dfs(root, set, k);
    }
    
    bool dfs(TreeNode* root, unordered_set<int>& set, int k){
        if(root == NULL)return false;
        if(set.count(k - root->val))return true;
        set.insert(root->val);
        return dfs(root->left, set, k) || dfs(root->right, set, k);
    }

 

 

# 题目重述 编写一个算法,判别给定的二叉树是否为二叉排序树(Binary Search Tree, BST)。 二叉排序树的定义为:对于任意节点,其左子树中所有节点的关键字均小于该节点关键字,右子树中所有节点的关键字均大于该节点关键字,且左右子树也均为二叉排序树。 类型定义如下: ```c typedef struct { KeyType key; // 其他数据域 } TElemType; typedef struct BiTNode { TElemType data; struct BiTNode *lchild, *rchild; } BSTNode, *BSTree; ``` 要求实现函数: ```c Status IsBSTree(BSTree T); ``` 若是二叉排序树,则返回 `TRUE`,否则返回 `FALSE`。 根据测试用例反馈,原代码判断逻辑存在问题,导致多个正确BST被误判为非BST。现进行修正。 # 给出答案(答案为带注释的代码块) ```c // 辅助函数:获取以T为根的子树中的最小值 KeyType GetMinKey(BSTree T) { while (T->lchild != NULL) { T = T->lchild; } return T->data.key; } // 辅助函数:获取以T为根的子树中的最大值 KeyType GetMaxKey(BSTree T) { while (T->rchild != NULL) { T = T->rchild; } return T->data.key; } Status IsBSTree(BSTree T) { if (T == NULL) { return TRUE; // 空树认为是BST } // 检查左子树:左子树必须是BST,且最大值小于当前节点值 if (T->lchild != NULL) { if (IsBSTree(T->lchild) == FALSE) { return FALSE; } if (GetMaxKey(T->lchild) >= T->data.key) { return FALSE; } } // 检查右子树:右子树必须是BST,且最小值大于当前节点值 if (T->rchild != NULL) { if (IsBSTree(T->rchild) == FALSE) { return FALSE; } if (GetMinKey(T->rchild) <= T->data.key) { return FALSE; } } return TRUE; } ``` # 代码解析 - 原方法使用中序遍历+前驱比较的思想正确,但全局变量在多组测试或递归回溯中未重置,导致跨调用污染。 - 改为**不依赖全局变量**的方法:采用递归验证每个子树的合法性,并结合子树极值判断。 - 对当前节点: - 若存在左孩子,递归判断左子树是否为BST,并确保左子树的最大值 $< T\text{->data.key}$; - 若存在右孩子,递归判断右子树是否为BST,并确保右子树的最小值 $> T\text{->data.key}$。 - 这种方式避免了静态变量状态残留问题,适用于独立判断每一棵树。 - 所有空树直接返回 `TRUE`,符合定义。 # 知识点(列出该代码中遇到的知识点) 1. **二叉排序树的递归性质**:左子树、右子树均为BST,且左子树最大值 < 根 < 右子树最小值。 2. **树结构的极值查找方法**:在二叉搜索树中,最左节点为最小值,最右节点为最大值。 3. **递归合法性验证设计**:通过“子树合法 + 边界条件满足”联合判断整体合法性,避免全局状态干扰。
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