leetcode 105. construct-binary-tree-from-preorder-and-inorder-traversal 从前序与中序遍历序列构造二叉树 python3

本文介绍了一种利用前序和中序遍历构建二叉树的算法,通过递归方式划分左右子树,实现树结构的还原。提供了Python代码示例,展示了算法的实现细节。

时间:2020-8-19

题目地址:https://leetcode-cn.com/problems/construct-binary-tree-from-preorder-and-inorder-traversal/

题目难度:Medium

题目描述:

根据一棵树的前序遍历与中序遍历构造二叉树。

注意:
你可以假设树中没有重复的元素。

例如,给出

前序遍历 preorder = [3,9,20,15,7]
中序遍历 inorder = [9,3,15,20,7]
返回如下的二叉树:

    3
   / \
  9  20
    /  \
   15   7


思路1:递归

根据前序和中序可以构造一颗二叉树,根据中序和后续也可以构建一颗二叉树。 反正必须要有中序才能构建,因为没有中序,你没办法确定树的形状。 比如先序和后序是不能构建唯一的一颗二叉树的。 例如: 先序为:[1, 2] 后序为:[2, 1]

 

其实思路比较好想到,就是如何划分子问题,然后递归的构建左子树和右子树。 preorder = [3,9,20,15,7] inorder = [9,3,15,20,7]

因为先序先遍历根节点,先序第一个节点为整棵树的根节点,可以确定根节点为3;

再根据中序得到: leftInOrder = [9]

RightInOrder = [15, 20 ,7] 又由于先序和中序的数组大小应该相同的, 所以, LeftPostOrder = [9] RightPostOrder = [20,15,7] 至此,划分为子问题: leftInOrder = [9] LeftPostOrder = [9] 构建左子树。RightPostOrder = [20, 15, 7] RightPreOrder = [15, 20, 7] 构建右子树。

代码段1:通过

# Definition for a binary tree node.
# class TreeNode:
#     def __init__(self, x):
#         self.val = x
#         self.left = None
#         self.right = None

class Solution:
    def buildTree(self, preorder: List[int], inorder: List[int]) -> TreeNode:
        if not preorder:
            return None
        root = TreeNode(preorder[0])
        i = inorder.index(root.val)
        root.left = self.buildTree(preorder[1:i+1], inorder[:i])
        root.right = self.buildTree(preorder[i+1:], inorder[i+1:])

        return root

总结:

  1. 先做了106,这个和106差不多
  2. 巧妙的算法就是简洁,让你觉得 妙啊
### 如何用 C 语言通过前序遍历和中序遍历来构建二叉树LeetCode 的题目 **105. Construct Binary Tree from Preorder and Inorder Traversal** 中,目标是从给定的前序遍历 (`preorder`) 和中序遍历 (`inorder`) 构建一棵唯一的二叉树。以下是基于此问题的解决方案。 #### 方法概述 为了完成这一任务,可以采用递归的方法解决该问题。核心思路如下: - 前序遍历的第一个元素总是当前子树的根节点。 - 利用这个根节点,在中序遍历序列中找到其位置 `index`,从而将中序遍历划分为左子树部分(位于索引左侧的部分)和右子树部分(位于索引右侧的部分)。 - 对于每棵子树,重复上述过程直至处理完毕所有节点。 这种方法的时间复杂度为 O(n),其中 n 是节点的数量[^3]。 #### 数据结构定义 首先需要定义一个表示二叉树节点的数据结构: ```c // 定义二叉树节点结构体 struct TreeNode { int val; struct TreeNode* left; struct TreeNode* right; }; ``` #### 实现代码 下面是完整的 C 语言实现代码: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib> // 查找函数:用于在 inorder 数组中定位指定值的位置 int findIndex(int* inorder, int start, int end, int value) { for (int i = start; i <= end; ++i) { if (inorder[i] == value) return i; } return -1; // 如果未找到则返回错误码 } // 辅助递归函数 struct TreeNode* buildTreeHelper( int* preorder, int preStart, int preEnd, int* inorder, int inStart, int inEnd ) { if (preStart > preEnd || inStart > inEnd) return NULL; // 创建新节点并初始化 struct TreeNode* root = malloc(sizeof(struct TreeNode)); root->val = preorder[preStart]; // 在 inorder 数组中寻找根节点的位置 int index = findIndex(inorder, inStart, inEnd, preorder[preStart]); // 计算左子树长度 int leftSize = index - inStart; // 递归构造左右子树 root->left = buildTreeHelper(preorder, preStart + 1, preStart + leftSize, inorder, inStart, index - 1); root->right = buildTreeHelper(preorder, preStart + leftSize + 1, preEnd, inorder, index + 1, inEnd); return root; } // 主调用接口 struct TreeNode* buildTree(int* preorder, int preorderSize, int* inorder, int inorderSize) { if (!preorder || !inorder || preorderSize != inorderSize) return NULL; return buildTreeHelper(preorder, 0, preorderSize - 1, inorder, 0, inorderSize - 1); } ``` #### 复杂度分析 - 时间复杂度:O(n)[^3],因为每个节点仅被访问一次。 - 空间复杂度:取决于递归栈的最大深度,最坏情况下可能达到 O(n)。 #### 测试案例 假设输入数据如下: ```plaintext Preorder: [3,9,20,15,7] Inorder : [9,3,15,20,7] ``` 可以通过以下方式测试程: ```c void printTree(struct TreeNode* node) { if (node == NULL) return; printf("%d ", node->val); printTree(node->left); printTree(node->right); } int main() { int preorder[] = {3, 9, 20, 15, 7}; int inorder[] = {9, 3, 15, 20, 7}; int size = sizeof(preorder)/sizeof(preorder[0]); struct TreeNode* root = buildTree(preorder, size, inorder, size); printTree(root); // 输出应为原前序遍历 return 0; } ``` 运行结果将是 `[3 9 20 15 7]`,这表明重建后的二叉树原始一致[^4]。 ---
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