java数据结构与算法刷题-----LeetCode437. 路径总和 III(前缀和必须掌握)

文章介绍了在Java中使用深度优先搜索和前缀和的方法来解决路径和问题,分析了两种方法的时间复杂度和空间复杂度,并提供了相应的代码示例。深度优先遍历用于计算路径和,而前缀和方法利用哈希映射优化了空间复杂度。
java数据结构与算法刷题目录(剑指Offer、LeetCode、ACM)-----主目录-----持续更新(进不去说明我没写完):https://blog.youkuaiyun.com/grd_java/article/details/123063846

在这里插入图片描述

1. 深度优先

解题思路:时间复杂度O( n 2 n^2 n2),空间复杂度O(n)
  1. 从最下层结点开始,以每个结点为根结点,再次从上到下深度优先遍历
  2. 试图找到符合条件的路径
  3. 很显然,是双重深度优先遍历
  4. 先深度优先遍历所有结点,然后每个结点还得再深度优先遍历一下找路径
  5. 所以是N^2时间复杂度
代码

在这里插入图片描述

class Solution {
    //计算路径和
    public int pathSum(TreeNode root, int targetSum) {
        if (root == null) {
            return 0;
        }
        //获取以当前为根结点的路径和
        int ret = rootSum(root, targetSum);
        //深度优先遍历
        ret += pathSum(root.left, targetSum);
        ret += pathSum(root.right, targetSum);
        return ret;
    }
    //计算当前根结点的路径和,对于每个结点都进行从上到下的深度优先遍历
    //看看有没有符合条件的路径-------穷举法
    public int rootSum(TreeNode root, long targetSum) {
        int ret = 0;//深度优先,记录符合条件的路径数目

        if (root == null) {
            return 0;
        }
        int val = root.val;//获取当前结点值
        if (val == targetSum) {//如果当前值 == targetSum 结果+1,注意这里targetSum是减去前面结点,还需要多少
            ret++;
        } 
        //深度优先,传入,targetSum - 当前结点值,还需要多少
        ret += rootSum(root.left, targetSum - val);//左子树符合条件的
        ret += rootSum(root.right, targetSum - val);//右子树符合条件的
        return ret;//返回当前结点符合条件的
    }
}

2. 前缀和

解题思路:时间复杂度O(n),空间复杂度O(n).其中空间复杂度是2n,因为需要一个map,深度优先遍历需要栈空间也是n,所以是2n时间复杂度,比上一个方法的空间复杂度多一倍。但是时间复杂度比它快n倍
  1. 深度优先遍历
  2. 遍历过程中,记录前缀和(就是从根结点到当前结点的和)到map中
  3. 每遍历一个结点,都用当前前缀和 - 目标值,看看差多少,并从map中找这个差值
  1. 如果找到这个差值,说明当前前缀 - 当前路径上的某个子前缀,是一个符合条件的路径
  2. 如果没有,说明没找到,继续向下遍历
  1. 当某个结点深度遍历完成,向上返回时,那么包含这个结点的前缀和就没有用了,需要从map中去掉
图解:找目标路径长度为8
  1. 初始状态下,前缀map,key保存前缀0,value保存此前缀有几个,为1
    在这里插入图片描述
  2. 深度遍历根结点10,则当前路径前缀长度为10,10 - 8 = 2,也就是当前前缀比目标值多2.不符合条件。继续深度优先遍历,并将当前前缀和10放入map,此前缀有目前有1个
    在这里插入图片描述
  3. 深度遍历到结点5,当前路径前缀和为15,15-8 = 7,map中找7找不到,所以将15:1放入map
    在这里插入图片描述
  4. 继续遍历到结点3,当前路径前缀和为18,18 - 8 = 10.此时map中发现10,也就是说,当前路径比目标值8多10,而10就在此路径的子前缀中,所以我们可以去掉10这个结点,这样我们就找到了第一个符合条件的路径,5和3。另外不要忘了将当前前缀和放入map,也就是18:1放入map
    在这里插入图片描述
  5. 继续向下,遍历结点3,此时发现前缀和为21,21 - 8 = 13,map中没有,放入前缀和21:1
    在这里插入图片描述
  6. 继续向下,我们发现已经到底,需要回溯了,回到父结点之前,需要先删除当前前缀和,21:1,然后再回父结点。之后继续遍历,重复上述步骤。
    在这里插入图片描述
代码: 官方增加了测试用例,所以相同的代码已经无法击败100%了

在这里插入图片描述

class Solution {
    public int pathSum(TreeNode root, int targetSum) {
        Map<Long, Integer> prefix = new HashMap<Long, Integer>();//用Map保存前缀和
        prefix.put(0L, 1);//初始放入前缀和0,和其1
        return dfs(root, prefix, 0, targetSum);//进入递归
    }

    public int dfs(TreeNode root, Map<Long, Integer> prefix, long curr, int targetSum) {
        if (root == null) return 0;

        int ret = 0;//符合条件的路径条数
        curr += root.val;//当前路径值(前缀和)
        //看看当前路径和 - 目标值,是否等于路径上的一个前缀
        //如果是的话,说明当前路径,去掉某些前缀结点,刚好符合targetSum
        //如果没有,那么ret依然是0
        ret = prefix.getOrDefault(curr - targetSum, 0);
        //将当前路径前缀和,加入到map中
        prefix.put(curr, prefix.getOrDefault(curr, 0) + 1);
        //深度优先
        ret += dfs(root.left, prefix, curr, targetSum);
        ret += dfs(root.right, prefix, curr, targetSum);
        //----------当此结点的遍历出栈时,要将map中对应的前缀和去掉。否则其它路径的前缀和很可能和当前路径的前缀和冲突-------------
        prefix.put(curr, prefix.getOrDefault(curr, 0) - 1);
        //返回符合条件路径条数
        return ret;
    }
}
### LeetCode Hot 100 路径总和 III Java 解决方案 #### 方法一:暴力递归法 此方法通过遍历每一个节点并尝试找到从该节点出发的所有可能路径,判断这些路径的和是否等于目标值。 ```java class Solution { int pathnumber; public int pathSum(TreeNode root, long sum) { if (root == null) return 0; Sum(root, sum); pathSum(root.left, sum); pathSum(root.right, sum); return pathnumber; } public void Sum(TreeNode root, long sum) { if (root == null) return; sum -= root.val; if (sum == 0) { pathnumber++; } Sum(root.left, sum); Sum(root.right, sum); } } ``` 这种方法虽然简单直观,但在处理大规模数据时效率较低。对于某些极端情况下的输入,可能会导致性能问[^1]。 #### 方法二:优化后的前缀和加哈希表 为了提高算法效率,可以采用前缀和的概念加上哈希表来记录已经访问过的节点及其累积值。这样可以在一次深度优先搜索过程中完成计算,而不需要重复遍历子树。 ```java import java.util.HashMap; public class Solution { private HashMap<Long, Integer> prefixSumCount = new HashMap<>(); public int pathSum(TreeNode root, int targetSum) { prefixSumCount.put(0L, 1); return findPath(root, 0L, targetSum); } private int findPath(TreeNode node, long currentSum, int targetSum) { if (node == null) return 0; // 更新当前累计和 currentSum += node.val; // 计算满足条件的数量 int numPathsToCurrentNode = prefixSumCount.getOrDefault(currentSum - targetSum, 0); // 将当前累计和加入map中 prefixSumCount.put(currentSum, prefixSumCount.getOrDefault(currentSum, 0) + 1); // 继续向下探索左右子树 int leftResult = findPath(node.left, currentSum, targetSum); int rightResult = findPath(node.right, currentSum, targetSum); // 移除当前结点的影响以便回溯到父级调用者处继续其他分支的查找工作 prefixSumCount.put(currentSum, prefixSumCount.get(currentSum) - 1); return numPathsToCurrentNode + leftResult + rightResult; } } ``` 这种改进的方法不仅提高了时间复杂度至 O(n),而且空间上也更加高效,适用于更广泛的情况[^2]。 #### 数据约束说明 目规定了二叉树中的节点数量范围以及各节点取值区间: - 二叉树的节点个数的范围是 [0,1000] - `-10^9 <= Node.val <= 10^9` - `-1000 <= targetSum <= 1000` 因此,在实现解决方案时需要注意数值类型的选取以防止溢出等问的发生[^3]。
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包

打赏作者

ydenergy_殷志鹏

你的鼓励将是我创作的最大动力

¥1 ¥2 ¥4 ¥6 ¥10 ¥20
扫码支付:¥1
获取中
扫码支付

您的余额不足,请更换扫码支付或充值

打赏作者

实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值