leecode105. 从前序与中序遍历序列构造二叉树

本文介绍如何利用先序遍历和中序遍历重构二叉树,通过分治法实现从给定的整数数组中构造二叉树的根节点。详细讲解了递归函数的实现过程,包括查找分割点和构建左右子树的步骤。

给定两个整数数组 preorder 和 inorder ,其中 preorder 是二叉树的先序遍历, inorder 是同一棵树的中序遍历,请构造二叉树并返回其根节点。

示例 1:


输入: preorder = [3,9,20,15,7], inorder = [9,3,15,20,7]
输出: [3,9,20,null,null,15,7]
示例 2:

输入: preorder = [-1], inorder = [-1]
输出: [-1]

使用 分治大法:

class Solution {
    public TreeNode buildTree(int[] preorder, int[] inorder) {
        if (preorder == null) {
            return null;
        }
        return dfs(preorder, 0, preorder.length - 1, inorder, 0, inorder.length - 1);
    }


    public TreeNode dfs(int[] preorder, int ps, int pe, int[] inorder, int is, int ie) {

        if (ps > pe || ps >= preorder.length) {
            return null;
        }
        if (pe - ps == 0) {
            return new TreeNode(preorder[pe]);
        }
        int startNum = preorder[ps];
        TreeNode node = new TreeNode(startNum);
        //去inorder寻找此数
        int splitIndex = -1;
        int splitCount = 0;
        //从中序数组中,找到分割点
        for (int i = is; i <= ie; i++) {
            splitCount++;
            if (inorder[i] == startNum) {
                splitIndex = i;
                break;
            }
        }
        //分割点的左边为左子树
        node.left = dfs(preorder, ps + 1, ps + splitCount - 1, inorder, is, splitIndex - 1);
        //分割点的右边为左子树
        node.right = dfs(preorder, ps + splitCount, pe, inorder, splitIndex + 1, ie);
        return node;
    }

}
从前序遍历序列构造二叉树可以使用迭代和递归两种方法。 ### 迭代方法 迭代方法利用栈来模拟递归调用的过程。以下是实现代码: ```cpp #include <vector> #include <stack> // 定义二叉树节点结构 struct TreeNode { int val; TreeNode *left; TreeNode *right; TreeNode(int x) : val(x), left(nullptr), right(nullptr) {} }; class Solution { public: TreeNode* buildTree(std::vector<int>& preorder, std::vector<int>& inorder) { if (!preorder.size()) { return nullptr; } TreeNode* root = new TreeNode(preorder[0]); std::stack<TreeNode*> stk; stk.push(root); int inorderIndex = 0; for (int i = 1; i < preorder.size(); ++i) { int preorderVal = preorder[i]; TreeNode* node = stk.top(); if (node->val != inorder[inorderIndex]) { node->left = new TreeNode(preorderVal); stk.push(node->left); } else { while (!stk.empty() && stk.top()->val == inorder[inorderIndex]) { node = stk.top(); stk.pop(); ++inorderIndex; } node->right = new TreeNode(preorderVal); stk.push(node->right); } } return root; } }; ``` 迭代方法的思路是:首先创建根节点并将其压入栈中。然后遍历前序遍历数组,对于每个元素,判断它是栈顶节点的左子节点还是某个节点的右子节点。如果它不是当前中序遍历指针所指元素,则作为栈顶节点的左子节点;否则,通过弹出栈中的节点,找到合适的父节点来插入该元素作为右子节点 [^2]。 ### 递归方法 递归方法基于前序遍历和中序遍历的特性。前序遍历的第一个元素是根节点,在中序遍历中找到该根节点的位置,其左边的元素构成左子树的中序遍历,右边的元素构成右子树的中序遍历。根据左右子树的元素数量,可以在前序遍历中划分出左右子树的前序遍历。然后递归地构建左右子树。以下是实现代码: ```python # 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 def buildTree(preorder, inorder): if not preorder or not inorder: return None # 前序遍历的第一个元素是根节点 root_val = preorder[0] root = TreeNode(root_val) # 在中序遍历中找到根节点的位置 inorder_index = inorder.index(root_val) # 递归构建左子树 root.left = buildTree(preorder[1:inorder_index + 1], inorder[:inorder_index]) # 递归构建右子树 root.right = buildTree(preorder[inorder_index + 1:], inorder[inorder_index + 1:]) return root ``` 递归方法的核心是利用前序遍历和中序遍历的特性,不断地划分左右子树的范围,然后递归构建左右子树。
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