LeetCode OJ 105. Construct Binary Tree from Preorder and Inorder Traversal

本文介绍如何根据给定的前序遍历和中序遍历构造二叉树。利用递归方法,通过比较两个遍历序列来确定根节点,并划分左右子树,最终构建完整的二叉树。

LeetCode OJ 105. Construct Binary Tree from Preorder and Inorder Traversal


Description

Given preorder and inorder traversal of a tree, construct the binary tree.

Note:

You may assume that duplicates do not exist in the tree.

解题思路

根据二叉树的前序遍历和中序遍历构造二叉树。因为题目中提示了节点没有重复的值,所以我们可以判断节点的值来找出根节点。前序遍历的第一个节点是当前子树的根节点,由此,我们可以找到根节点在中序便利中的位置root_i,把中序遍历分为两部分:这个根节点的左右子树的中序遍历。同时,前序遍历可以根据这个查找的偏移量root_i把前序遍历分为两部分:这个根节点的左右子树的前序遍历。这样就可以递归构造这个根节点的左右子树了。

Note:

vetctor容器中的assign()函数:
函数原型:

void assign(const_iterator first,const_iterator last);

void assign(size_type n,const T& x = T());

功能:

将区间[first,last)的元素赋值到当前的vector容器中,或者赋n个值为x的元素到vector容器中。注意是不含last这个元素的!这是cplusplus.com的说明链接

代码

个人github代码链接

/**
 * Definition for a binary tree node.
 * struct TreeNode {
 *     int val;
 *     TreeNode *left;
 *     TreeNode *right;
 *     TreeNode(int x) : val(x), left(NULL), right(NULL) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    TreeNode* buildTree(vector<int>& preorder, vector<int>& inorder) {
        TreeNode* root;
        if(preorder.size() == 0 || inorder.size() == 0)
            return NULL;
        if(preorder.size() == 1)
        {
            root = new TreeNode(preorder[0]);
            return root;
        }
        root = new TreeNode(preorder[0]);
        int root_i = 0;
        vector<int>::iterator root_itr = inorder.begin();
        for(root_itr; root_itr != inorder.end(); root_itr++){
            if(preorder[0] == (*root_itr)){
                break;
            }
            root_i ++;
        }
        vector<int> left_pre,right_pre,left_in,right_in;
        vector<int>::iterator itr = preorder.begin();
        left_pre.assign(itr + 1, itr + root_i + 1);
        right_pre.assign(itr + root_i + 1, preorder.end());
        itr = inorder.begin();
        left_in.assign(itr,root_itr);
        right_in.assign(root_itr + 1, inorder.end());
        root->left = buildTree(left_pre, left_in);
        root->right = buildTree(right_pre, right_in);
        return root;
    }
};

<think>我们将把给定的Java代码转换为Python代码。原Java代码实现了二叉树的前序遍历(递归方式)。 前序遍历的顺序是:根节点 -> 左子树 -> 右子树。 在Python中,我们同样可以定义一个TreeNode类来表示二叉树的节点,然后实现递归的前序遍历。 注意:在Python中,我们通常使用列表(list)来存储遍历结果。 步骤: 1. 定义TreeNode类(如果题目中已经定义,则不需要重复定义,这里为了完整起见,我们给出定义)。 2. 实现一个Solution类,其中包含preorderTraversal方法,该方法接收一个根节点,返回一个整数列表。 3.preorderTraversal方法中,我们初始化一个空列表,然后调用递归辅助函数进行遍历。 4. 递归辅助函数preorder将节点和结果列表作为参数,按照前序遍历的顺序将节点值添加到列表中。 考虑到LeetCode的环境,我们假设TreeNode类已经定义好。因此,我们只需要写出Solution类的代码。 下面是转换后的Python代码:</think>### 二叉树前序遍历的 Python 实现 以下是 Java 代码的等效 Python 实现,使用递归方法完成二叉树的前序遍历: ```python from typing import List, Optional # 定义二叉树节点类 class TreeNode: def __init__(self, val=0, left=None, right=None): self.val = val self.left = left self.right = right class Solution: def preorderTraversal(self, root: Optional[TreeNode]) -> List[int]: result = [] # 存储遍历结果的列表 self.preorder(root, result) # 调用递归方法 return result def preorder(self, node: Optional[TreeNode], result: List[int]) -> None: # 递归终止条件:遇到空节点 if node is None: return # 前序遍历步骤: # 1. 访问当前节点(添加到结果列表) result.append(node.val) # 2. 递归遍历左子树 self.preorder(node.left, result) # 3. 递归遍历右子树 self.preorder(node.right, result) ``` ### 代码解释: 1. **TreeNode 类**: - Python 使用类定义二叉树节点 - `__init__` 构造函数初始化节点值、左子节点和右子节点 - 使用 `Optional` 类型表示节点可以为 None 2. **Solution 类**: - `preorderTraversal` 方法: - 初始化空列表 `result` 存储结果 - 调用递归辅助方法 `preorder` - 返回最终结果列表 - `preorder` 递归辅助方法: - **基线条件**:当节点为 None 时直接返回 - **递归过程**: 1. 访问当前节点(添加到结果列表) 2. 递归遍历左子树 3. 递归遍历右子树 3. **前序遍历顺序**: - 根节点 → 左子树 → 右子树 - 示例:对于二叉树 `[1,null,2,3]`: ``` 1 \ 2 / 3 ``` 输出结果为 `[1,2,3]` ### 使用示例: ```python # 构建示例二叉树: # 1 # \ # 2 # / # 3 # 创建节点 n1 = TreeNode(1) n2 = TreeNode(2) n3 = TreeNode(3) # 构建树结构 n1.right = n2 n2.left = n3 # 执行遍历 solution = Solution() print(solution.preorderTraversal(n1)) # 输出: [1, 2, 3] ``` ### 复杂度分析: - **时间复杂度**:O(n),每个节点恰好访问一次 - **空间复杂度**:O(h),其中 h 是二叉树的高度(递归调用栈空间) - 最坏情况(树退化为链表):O(n) - 平衡二叉树情况:O(log n)
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