打印二叉树所有的路径 [No. 9]

问题:

给一个二叉树,把所有的路径都打印出来。

比如,对于下面这个二叉树,它所有的路径为:

8 -> 3->1

8->2->6->4

8->3->6->7

8->10->14->13

思路:

从根节点开始,把自己的值放在一个数组里,然后把这个数组传给它的子节点,子节点同样把自己的值放在这个数组里,又传给自己的子节点,直到这个节点是叶节点,然后把这个数组打印出来。所以,我们这里要用到递归。

代码:

/**
Given a binary tree, prints out all of its root-to-leaf
paths, one per line. Uses a recursive helper to do the work.
*/
public void printPaths(Node root, int n) {
    String[] path = new String[n];
    printPaths(root, path, 0);
}
/**
Recursive printPaths helper -- given a node, and an array containing
the path from the root node up to but not including this node,
prints out all the root-leaf paths.
*/
private void printPaths(Node node, String[] path, int pathLen) {
    if (node == null) return;
    // append this node to the path array
	    path[pathLen++] = node.value;
    // it's a leaf, so print the path that led to here
    if (node.leftChild == null && node.rightChild == null) {
    	printArray(path, pathLen);
    }
    else {
	    // otherwise try both subtrees
	    printPaths(node.leftChild, path, pathLen);
	    printPaths(node.rightChild, path, pathLen);
    }
}
/**
Utility that prints strings from an array on one line.
*/
private void printArray(String[] ints, int len) {
    for (int i = 0; i < len; i++) {
    	System.out.print(ints[i] + " ");
    }
    System.out.println();
}

备注:这里只能用一个数组+一个数值才能打印出所需要的路径,如果用linkedlist之类的链表结构是不行的。值得分析一下原因,很有意思。


参考:http://cslibrary.stanford.edu/110/BinaryTrees.html

/* 这是一个在字符环境中,用ASCII码打印二叉树形状的算法。 在Linux控制台下写的例题,在DOS中稍有点乱。 采用层次遍法。 算法拙劣,仅供初学者做练习,(本人也是初学者,自学数据结构,刚好学到这二叉树这一章, 半路出家,基础差有点吃力头大,搞几个二叉的例题,却不知道其构造形状, 想调用图形API做个美观点的,却有点偏离本章的学习目的,只好用字符打印, linux环境中打印的还可以,DOS中有点不稳定,如果您有更好的算法一定不吝赐教。 我的QQ:137241638 mail:hnflcp@139.com */ #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #define MaxSize 100 //Pstart是二叉树根结点在一行中的位置,一行最能打印124个字符,取其1/2。 //如果你的屏不够宽的话,可以输出文本文件里, aa.exe>>aa.txt #define Pstart 40 typedef struct bstnode { int key, data, bf; struct bstnode *lchild, *rchild; }BSTNode; typedef struct pnode //为打印二叉树建了一个结构。 { int key; //关键字数据1 int data; //关键字数据2 struct pnode *lchild, //左孩子 *rchlid, //右孩子 *parent; //父节点 int lrflag, //标记本节点是左孩子(等于0时),还是右孩子(等于1时) space, //存储本节点打印位置 level; //存储本节点所在层次。 }PBSTNode; /*建立二叉树。 用括号表示法表示二叉树字符串,创建二叉树。 */ BSTNode* CreateBSTNode(char *s) { char ch; BSTNode *p=NULL, *b=NULL, *ps[MaxSize]; int top=-1, tag=-1; ch=*s; while(ch) { switch(ch) { case &#39;(&#39;:ps[++top]=p;tag=1;break; case &#39;,&#39;:tag=2;break; case &#39;)&#39;:top--;break; default: p=(BSTNode*)malloc(sizeof(BSTNode)); p->data=ch; p->lchild=p->rchild=NULL; if(b==NULL) b=p; else { switch(tag) { case 1:ps[top]->lchild=p;break; case 2:ps[top]->rchild=p;break; } } } ch=*(++s); } return b; } //用适号表示法打印二叉树。 void DispBSTNode(BSTNode *b) { if(b!=NULL) { printf("%d",b->key); if(b->lchild!=NULL||b->rchild!=NULL) { printf("("); DispBSTNode(b->lchild); if(b->rchild!=NULL)printf(","); DispBSTNode(b->rchild); printf(")"); } } } int BSTNodeHeight(BSTNode *b) { int lchildh,rchildh; if(b==NULL)return 0; else { lchildh=BSTNodeHeight(b->lchild); rchildh=BSTNodeHeight(b->rchild); return (lchildh>rchildh)?(lchildh+1):(rchildh+1); } } /*建立一个二叉树打印结点的信息, 只被int CreatePBSTNode(BSTNode *b,PBSTNode *pqu[])调用*/ void SetPBSTNodeInfo(BSTNode *b,PBSTNode *parent,PBSTNode *pb,int level,int lrflag) { int f=3; pb->data=b->data; pb->key =b->key; pb->parent=parent; pb->level=level; pb->lrflag=lrflag; pb->space=-1; } /*用层次遍历法,BSTNode结构存储二叉树转换为,PBSTNode结构的二叉树*/ int CreatePBSTNode(BSTNode *b,PBSTNode *pqu[]) { BSTNode *p; BSTNode *qu[MaxSize]; int front=-1, rear=-1; rear++; qu[rear]=b; pqu[rear]=(PBSTNode*)malloc(sizeof(PBSTNode)); SetPBSTNodeInfo(b,NULL,pqu[rear],1,-1); while(rear!=front) { front++; p=qu[front]; if(p->lchild!=NULL) { rear++; qu[rear]=p->lchild; pqu[rear]=(PBSTNode*)malloc(sizeof(PBSTNode)); SetPBSTNodeInfo(p->lchild,pqu[front],pqu[rear],pqu[front]->level+1,0); } if(p->rchild!=NULL) { rear++; qu[rear]=p->rchild; pqu[rear]=(PBSTNode*)malloc(sizeof(PBSTNode)); SetPBSTNodeInfo(p->rchild,pqu[front],pqu[rear],pqu[front]->level+1,1); } } return rear; } //打印一层结点,及该层结点父结点的连线路径。 void PBSTNodePrint_char(PBSTNode *pb[],int n,int h) { int l=-1, r=0, i,j,k, end; char c; PBSTNode *p; if(n<=0||h<=0) { return; } else if(pb[0]->level==1) { for(i=0;i<pb[0]->space;i++) printf(" "); printf("%c",pb[0]->data); printf("\n"); return; } h=h-pb[0]->level+2; for(k=0;k<h;k++) { j=0; l--; r++; for(i=0;i<n;i++)//打印线条 { p=pb[i]; end=(p->lrflag==0)?l:r; end+=p->parent->space; for(;j<end;j++) printf(" "); c=(p->lrflag==0)?&#39;/&#39;:&#39;\\&#39;; printf("%c",c); } printf("\n"); } for(i=0;i<n;i++)//计算本层结点打印位置 { p=pb[i]; if(p->lrflag==0) p->space=p->parent->space+l; else p->space=p->parent->space+r; } for(i=0,j=0;i<n;i++)//打印关键字数据 { p=pb[i]; for(;j<p->space;j++) printf(" "); printf("%c",p->data); } printf("\n"); } //循环打印所有层的数据 void DispBTree(BSTNode *b) { int n,i,j,high, level; PBSTNode *p; PBSTNode *pqu[MaxSize]; PBSTNode *levelpqu[MaxSize]; n=CreatePBSTNode(b,pqu); high=BSTNodeHeight(b); j=0; level=1; pqu[0]->space=Pstart; for(i=0;i<=n;i++) { p=pqu[i]; if(p->level==level) { levelpqu[j]=p; j++; } else { PBSTNodePrint_char(levelpqu,j,high); level=p->level; j=0; levelpqu[j]=p; j++; } } PBSTNodePrint_char(levelpqu,j,high); } void main() { int iDepth=0, iWidth=0, iCount=0; char *str1="A(B(D,E(H,X(J,K(L,M(T,Y))))),C(F,G(X,I)))"; char *str2="A(B(D(,G)),C(E,F))"; BSTNode *b=CreateBSTNode(str1); DispBSTNode(b);printf("\n"); iDepth=BSTNodeHeight(b); printf("Depth:%d\n",iDepth); DispBTree(b); }
### 计算二叉树中最长路径算法 #### 1. 深度优先搜索 (DFS) 通过深度优先遍历可以有效地解决这个问题。对于每一个节点,分别计算其左子树和右子树的高度,并将两者相加得到该节点的最大路径长度。最终的结果是从所有节点中选取最大的路径长度。 以下是基于 DFS 的伪代码实现: ```cpp int diameterOfBinaryTree(TreeNode* root) { if (!root) return 0; int res = 0; function<int(TreeNode*)> height = [&](TreeNode* node) -> int { if (!node) return 0; int leftHeight = height(node->left); int rightHeight = height(node->right); // 更新全局变量res为当前节点的最大路径长度 res = std::max(res, leftHeight + rightHeight); return std::max(leftHeight, rightHeight) + 1; }; height(root); return res; } ``` 此方法的时间复杂度为 O(n),其中 n 是二叉树中的节点数量[^3]。 #### 2. 动态规划思想的应用 动态规划也可以用于优化最长路径问题。具体来说,在自底向上的过程中记录每个节点作为起点所能达到的最大高度以及对应的路径信息。这种方法特别适合于需要额外存储路径细节的情况。 #### 3. C++ 实现样例 下面是一个完整的C++程序来演示如何查找打印出具有特定总值的目标路径: ```cpp #include <iostream> #include <vector> using namespace std; struct TreeNode { int val; TreeNode *left, *right; TreeNode(int x):val(x), left(NULL), right(NULL){} }; // 辅助函数:判断是否存在满足条件的路径 bool findPath(TreeNode* root, vector<int>& path, int sum){ if(!root) return false; // 将当前节点加入路径 path.push_back(root->val); bool isLeaf = !root->left && !root->right; if(isLeaf && root->val == sum){ return true; } if( root->left && findPath(root->left, path, sum - root->val)){ return true; } if( root->right && findPath(root->right, path, sum - root->val)){ return true; } // 如果不是目标路径,则移除最后添加的那个节点 path.pop_back(); return false; } void printPaths(TreeNode* root, int targetSum){ vector<int> path; if(findPath(root, path, targetSum)){ cout << "Found a matching path:" ; for(auto num : path){ cout << &#39; &#39; << num; } cout << endl; }else{ cout << "No such path found."<<endl; } } int main(){ /* 构建测试用例 */ TreeNode* root = new TreeNode(1); root->left = new TreeNode(2); root->right = new TreeNode(3); root->left->left = new TreeNode(4); root->left->right = new TreeNode(5); int targetSum = 8; printPaths(root, targetSum); return 0; } ``` 上述代码实现了从根到叶子结点的所有可能路径,并检查这些路径是否匹配指定的目标数值 `targetSum`[^1]。
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