[LeetCode] 105. Construct Binary Tree from Preorder and Inorder Traversal

本文介绍如何根据给定的前序和中序遍历序列重建二叉树的方法。首先解释了前序和中序遍历的概念,并通过一个示例展示了如何使用递归方法来实现树的重建。

105. Construct Binary Tree from Preorder and Inorder Traversal (通过树的前序和中序遍历重建二叉树)



1. 题目翻译

给出一个树的前序和中序遍历序列,根据这两个序列,重建一个二叉树。假设不存在值相同的结点。


2. 解题方法

根据先序和中序的概念可知,在前序遍历序列中,第一个值为根节点,在相应的中序遍历序列中,该点前的所有值为该节点的左子树上的点。

例如:

前序遍历序列:[1,2,4,7,3,5,6,8]
中序便利序列:[4,7,2,1,5,3,8,6]

可知,结点1必为根节点,结点4,7,2必为结点1左子树上的结点,5,3,8,6必为右子树上的结点。所以将原序列分割为两半,即

前序遍历:[2,4,7],[3,5,6,8]
中序遍历:[4,7,2],[5,3,6,8]

然后通过递归可以完成这道题。

3. 代码

//Runtime: 23ms
class Solution {
private:
    TreeNode* build(vector<int>& preorder,int pre_s,int pre_e, vector<int>& inorder,int in_s,int in_e){
        if(pre_s>pre_e||in_s>in_e)
            return NULL;

        TreeNode* root = new TreeNode(preorder[pre_s]);

        int count = 0;

        for(int i = in_s;i<in_e;i++){
            if(inorder[i]==root->val)
                break;
            count++;
        }


        root->left = build(preorder,pre_s+1,pre_s+count,inorder,in_s,in_s+count-1);

        root->right = build(preorder,pre_s+count+1,pre_e,inorder,in_s+count+1,in_e);

        return root;

    }

public:
    TreeNode* buildTree(vector<int>& preorder, vector<int>& inorder) {
        if(preorder.size()==0||preorder.size()!=inorder.size())
            return NULL;

        TreeNode* root = new TreeNode(preorder[0]);

        int count = 0;

        for(int i = 0;i<inorder.size();i++){
            if(inorder[i]==root->val)
                break;
            count++;
        }

        root->left = build(preorder,1,count,inorder,0,count-1);

        root->right = build(preorder,count+1,preorder.size()-1,inorder,count+1,preorder.size()-1);

        return root;
    }
};
下面是该段代码的 **Visual Studio 可运行完整版本**,包含: - `TreeNode` 节点定义 - `buildTree` 函数的完整实现(从前序和中序遍历构造二叉树) - 主函数中测试用例 - 打印构建后的二叉树(前序遍历验证) --- ## ✅ Visual Studio 完整运行代码 ```cpp #include <iostream> #include <vector> #include <algorithm> #include <ranges> using namespace std; // 二叉树节点定义 struct TreeNode { int val; TreeNode* left; TreeNode* right; TreeNode(int x) : val(x), left(nullptr), right(nullptr) {} TreeNode(int x, TreeNode* left, TreeNode* right) : val(x), left(left), right(right) {} }; class Solution { public: TreeNode* buildTree(vector<int>& preorder, vector<int>& inorder) { if (preorder.empty()) { return nullptr; } // 查找根节点在中序遍历中的位置 auto root_it = ranges::find(inorder, preorder[0]); int left_size = distance(inorder.begin(), root_it); // 左子树节点数量 // 划分左子树和右子树的前序和中序序列 vector<int> pre_left(preorder.begin() + 1, preorder.begin() + 1 + left_size); vector<int> pre_right(preorder.begin() + 1 + left_size, preorder.end()); vector<int> in_left(inorder.begin(), inorder.begin() + left_size); vector<int> in_right(inorder.begin() + 1 + left_size, inorder.end()); // 递归构建左右子树 TreeNode* left = buildTree(pre_left, in_left); TreeNode* right = buildTree(pre_right, in_right); return new TreeNode(preorder[0], left, right); } // 前序遍历打印二叉树 void preorderPrint(TreeNode* root) { if (root == nullptr) { cout << "null "; return; } cout << root->val << " "; preorderPrint(root->left); preorderPrint(root->right); } // 析构函数(手动释放内存) void deleteTree(TreeNode* root) { if (root == nullptr) return; deleteTree(root->left); deleteTree(root->right); delete root; } }; int main() { Solution sol; // 示例输入 vector<int> preorder = {3, 9, 20, 15, 7}; vector<int> inorder = {9, 3, 15, 20, 7}; // 构建二叉树 TreeNode* root = sol.buildTree(preorder, inorder); // 打印前序遍历结果以验证是否正确 cout << "构建的二叉树前序遍历结果: "; sol.preorderPrint(root); cout << endl; // 释放内存 sol.deleteTree(root); return 0; } ``` --- ## 📌 编译与运行说明(适用于 Visual Studio) 1. 打开 Visual Studio 2. 创建一个 **C++ 控制台应用程序(Console Application)** 3. 删除默认生成的代码内容 4. 将上面的代码粘贴到 `.cpp` 文件中(如 `main.cpp`) 5. 确保你的编译器支持 **C++20**,因为使用了 `<ranges>` 和范围查找 - VS 2022 及以上版本支持 C++20 6. 按 `Ctrl + F5` 或点击 **“本地 Windows 调试器”** 运行程序 --- ## 🧾 输出结果示例 ``` 构建的二叉树前序遍历结果: 3 9 null null 20 15 null null 7 null null ``` 说明构建成功,结构如下: ``` 3 / \ 9 20 / \ 15 7 ``` --- ## 🧠 代码解释 - `preorder[0]` 是当前子树的根节点。 - 在 `inorder` 中找到该根节点,左边就是左子树,右边就是右子树。 - 根据左子树大小,划分 `preorder` 中的左右子树。 - 递归构造左右子树。 - 最后返回构造好的当前子树根节点。 --- ###
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