重建二叉树

二叉树有前序、中序、后序三种遍历方法,如果知道了其中两种的遍历结果,是不是就可以重建原来的二叉树呢?当然这里是有前提的,二叉树的节点不能有相同的,不然有可能无法还原!

已知前序和中序

前序遍历结果的第一个元素是原二叉树的根,接下来的是左子树和右子树的前序遍历结果。中序遍历结果中根左边的是左子树的中序遍历结果,右边的是右子树的中序遍历结果!我们可以将问题转换为两个子问题,采用递归的方法很容易求解!见11-29行代码。

已知中序和后序

后序遍历结果的最后一个元素是原二叉树的根,类似于“前序和中序”中的方法,可以转换为两个子问题求解,见31-49行代码。

已知前序和后序

遗憾的是,如果只知道前序和后序,我们是无法还原出原来的二叉树的!例如,对于前序遍历结果是ab,后序遍历结果是ba,根本无法确定b究竟是左子树还是右子树,所以无法重建出二叉树。

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

struct tree {
	int value;
	struct tree *lchild;
	struct tree *rchild;
};

struct tree *rebuild_fm(string f, string m)
{
	if (f.length() > 0 && f.length() == m.length()) {
		size_t pos = m.find(f[0]);
		if (pos != string::npos) {
			string ff, mm;
			struct tree *root = new struct tree;
			root->value = m[pos];
			ff = f.substr(1, pos);
			mm = m.substr(0, pos);
			root->lchild = rebuild_fm(ff, mm);
			ff = f.substr(pos+1, f.length()-pos-1);
			mm = m.substr(pos+1, m.length()-pos-1);
			root->rchild = rebuild_fm(ff, mm);
			return root;
		}
	}
	return 0;
}

struct tree *rebuild_ml(string m, string l)
{
	if (m.length() > 0 && m.length() == l.length()) {
		size_t pos = m.find(l[l.length()-1]);
		if (pos != string::npos) {
			string mm, ll;
			struct tree *root = new struct tree;
			root->value = m[pos];
			mm = m.substr(0, pos);
			ll = l.substr(0, pos);
			root->lchild = rebuild_ml(mm, ll);
			mm = m.substr(pos+1, m.length()-pos-1);
			ll = l.substr(pos  , l.length()-pos-1);
			root->rchild = rebuild_ml(mm, ll);
			return root;
		}
	}
	return 0;
}

void print(struct tree *root)
{
	if (root) {
		cout << (char)root->value << endl;
		print(root->lchild);
		print(root->rchild);
	}
}

int main()
{
	print(rebuild_fm("abdcef", "dbaecf"));
	print(rebuild_ml("dbaecf", "dbefca"));
	return 0;
}

<think>嗯,用户想用C++实现重建二叉树的方法,特别是根据前序和中序遍历来构建。我需要参考提供的引用内容,特别是引用[2]和[4]中的代码示例。首先,我应该确认递归方法的步骤:前序的第一个元素是根节点,然后在中序中找到根的位置,分割左右子树,再递归处理左右子树。用户可能需要详细的步骤解释和代码示例,同时注意边界条件,比如空数组的情况。还要考虑代码的效率,比如使用哈希表来快速查找中序中的根节点位置,如引用[1]提到的indexMap。不过引用[2]中的代码用的是循环查找,可能需要优化。另外,引用[4]提到了递归的模板,可以按照这个结构来组织代码。最后,需要生成相关问题,比如优化方法或应用场景。确保代码正确,语法正确,并符合用户的要求。</think>### C++实现重建二叉树的方法 根据前序遍历和中序遍历重建二叉树的步骤如下: 1. **递归终止条件** 当前序遍历或中序遍历序列为空时返回空指针。 2. **确定根节点** 前序遍历序列的第一个元素为当前子树的根节点值,例如:$pre[0] = rootVal$[^3]。 3. **划分左右子树** 在中序遍历序列中找到根节点的位置$i$,则: - 左子树的中序遍历范围:$vin[0]$至$vin[i-1]$ - 右子树的中序遍历范围:$vin[i+1]$至$vin[end]$ 前序遍历序列根据中序划分结果计算左右子树范围[^4]。 4. **递归构建子树** 对左右子树的序列递归调用构建函数。 #### 代码实现(优化版) ```cpp #include <vector> #include <unordered_map> using namespace std; struct TreeNode { int val; TreeNode* left; TreeNode* right; TreeNode(int x) : val(x), left(nullptr), right(nullptr) {} }; class Solution { public: unordered_map<int, int> indexMap; // 中序遍历值到索引的哈希表 TreeNode* buildTree(vector<int>& pre, int preStart, int preEnd, vector<int>& vin, int vinStart, int vinEnd) { if (preStart > preEnd || vinStart > vinEnd) return nullptr; int rootVal = pre[preStart]; TreeNode* root = new TreeNode(rootVal); int i = indexMap[rootVal]; // 直接通过哈希表查找位置 int leftSize = i - vinStart; root->left = buildTree(pre, preStart + 1, preStart + leftSize, vin, vinStart, i - 1); root->right = buildTree(pre, preStart + leftSize + 1, preEnd, vin, i + 1, vinEnd); return root; } TreeNode* reConstructBinaryTree(vector<int> pre, vector<int> vin) { if (pre.empty() || vin.empty()) return nullptr; for (int i = 0; i < vin.size(); i++) indexMap[vin[i]] = i; // 预存中序遍历索引 return buildTree(pre, 0, pre.size()-1, vin, 0, vin.size()-1); } }; ``` #### 关键改进说明 1. **哈希表优化**:通过预存中序遍历索引,将查找根节点位置的时间复杂度从$O(n)$降为$O(1)$[^1]。 2. **避免向量拷贝**:原代码通过向量切片传递参数(如`leftpre`),现改为传递索引范围,减少内存占用。 3. **边界条件处理**:明确递归终止条件,避免栈溢出。
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