7-4 树的遍历 (20分)

该博客介绍了如何通过二叉树的后序遍历和中序遍历序列来重建二叉树,并利用队列实现层序遍历。文章提供了两种不同的AC代码实现,一种是传统的递归方式,另一种是更简洁的迭代方法。

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7-4 树的遍历 (20分)

给定一棵二叉树的后序遍历和中序遍历,请你输出其层序遍历的序列。这里假设键值都是互不相等的正整数。

输入格式:

输入第一行给出一个正整数N(≤30),是二叉树中结点的个数。第二行给出其后序遍历序列。第三行给出其中序遍历序列。数字间以空格分隔。

输出格式:

在一行中输出该树的层序遍历的序列。数字间以1个空格分隔,行首尾不得有多余空格。

输入样例:

7
2 3 1 5 7 6 4
1 2 3 4 5 6 7

输出样例:

4 1 6 3 5 7 2

思路:

首先不就是通过中序后序遍历来还原二叉树嘛,和上一周的还原二叉树一个思路,不同的就是层序遍历,这里我用了书上的用队列实现二叉树的层序遍历的方法

遍历从二叉树的根结点开始,首先将根结点指针入队列,然后从队头取出一个元素,每取一个元素,执行以下操作:(1)访问该元素所指结点 (2)若该元素所指结点的左、右孩子结点非空,则将该元素所指结点的左孩子指针和右孩子指针顺序入队

AC代码:

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
typedef struct btnode{
	int data;
	struct btnode *left,*right;
}BTnode,*BTree;
int inod[100],postod[100];
BTnode* Retree(int root,int begin,int end){		//root是后序中的根结点,在后序的末尾,begin是中序的开头,end是中序的结尾 
	if(begin > end)
		return NULL;
	BTnode *node = new BTnode;
	node->data = postod[root];
	int i;
	for(i = begin;inod[i]!=postod[root];i++);	//找到中序中根结点的位置 
	node->left = Retree(root - 1 - (end - i),begin,i-1);
	node->right = Retree(root - 1,i+1,end);
	return node;
}
void bfs(BTree bt) {	//通过队列实现二叉树的层序遍历
	BTnode *queue[100];
	int front = -1,rear = 0;
	int flag = 0;
	if(bt == NULL)
		return;
	queue[rear] = bt;
	while(front != rear){	//当front和rear相等时队列为空
		front++;
		if(flag++)
		cout << " ";
		cout << queue[front]->data;
		if(queue[front]->left != NULL){
			rear++;
			queue[rear] = queue[front]->left;
		}
		if(queue[front]->right != NULL){
			rear++;
			queue[rear] = queue[front]->right;
		}
	}
}
int main(){
	int n;
	cin >> n;
	for(int i = 0;i < n;i++)
		cin >> postod[i];
	for(int i = 0;i < n;i++)
		cin >> inod[i];
	bfs(Retree(n-1,0,n-1));//注意后序遍历的root应该传入最后一个值才是根结点,与先序恰反 
}

大佬的精简代码:

#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
vector<int>post, in, level(100000, -1);
int N;
void ergodic(int root, int start, int end, int index) {
	int i = start;
	if (start > end)
		return;
	while (i < end&&in[i] != post[root])
		i++;
	level[index] = post[root];
	//cout << root << start << end << i << endl;
	ergodic(root - 1 - end + i, start, i - 1, 2 * index + 1);
	ergodic(root - 1, i + 1, end, 2 * index + 2);
}
int main() {
	cin >> N;
	post.resize(N);
	in.resize(N);
	for (int i = 0; i < N; i++)
		cin >> post[i];
	for (int i = 0; i < N; i++)
		cin >> in[i];
	ergodic(N - 1, 0, N - 1, 0);
	for (int i = 0, cnt = 0; i < level.size(); i++) {
		if (level[i] != -1) {
			cout << level[i];
			cnt != N - 1 ? cout << ' ' : cout << endl;
			cnt++;
		}
	}
	return 0;
}
<think>我们已知二叉树的先遍历遍历,可以唯一确定一棵二叉树,进而得到后序遍历。 思路: 1. 先遍历的第一个元素是根节点。 2. 在中遍历中找到这个根节点,则根节点左边是左子的中遍历,右边是右子的中遍历。 3. 根据左子的长度,可以在先遍历中确定左子的先遍历右子的先遍历4. 递归处理左子右子。 5. 后序遍历的顺是:左子 -> 右子 -> 根节点。因此,在递归处理完左右子后,将根节点加入后序遍历列。 具体步骤: 假设先遍历列为pre,中遍历列为in,当前子在先遍历中的区间为[preStart, preEnd],在中遍历中的区间为[inStart, inEnd]。 递归函数:buildTree(vector<int>& pre, vector<int>& in, int preStart, int preEnd, int inStart, int inEnd) 或者使用索引长度,但这里我们使用索引区间。 注意:递归终止条件是区间长度小于等于0。 然而,为了得到后序遍历,我们可以在递归过程中构建,然后进行后序遍历。但也可以直接生成后序遍历列,而不显式构建。 我们可以这样: 递归构建左右子,然后将根节点加入后序列。 但是,题目要求输出后序遍历,我们可以直接输出吗?还是需要返回一个列? 这里我们用一个数组post来存储后序遍历列,在递归过程中,我们先递归左子,再递归右子,然后将根节点存入post。 另一种方法:在递归过程中,我们并不需要显式构建,而是根据两个列递归地确定根节点,然后确定左右子的范围,递归处理左右子,最后将根节点加入后序列。 步骤: 1. 如果当前区间为空(preStart > preEnd),则返回。 2. 取先遍历的第一个元素(即pre[preStart])作为根节点。 3. 在中遍历列in的[inStart, inEnd]区间内找到根节点的位置,记为index。 4. 计算左子的节点个数:leftSize = index - inStart。 5. 递归处理左子:左子在先遍历中的区间为[preStart+1, preStart+leftSize],在中遍历中的区间为[inStart, index-1]。 6. 递归处理右子:右子在先遍历中的区间为[preStart+leftSize+1, preEnd],在中遍历中的区间为[index+1, inEnd]。 7. 将根节点加入后序列(因为后序遍历是左右根,所以递归完左右子后再加入根节点)。 注意:后序遍历列的存储位置,我们可以通过传引用的方式传递一个vector,然后在递归函数中往里面添加节点。 但是,这样得到的后序遍历列,其顺就是后序遍历的顺。 实现代码: 我们设计一个递归函数: void buildPost(vector<int>& pre, vector<int>& in, vector<int>& post, int preStart, int preEnd, int inStart, int inEnd) 然而,由于递归过程中需要频繁计算区间,且递归函数参数较多,我们可以考虑使用辅助函数。 另外,我们也可以使用另一种方法:不传递区间,而是传递子列的起始位置长度,但这里我们使用区间索引(左闭右闭)。 注意:在递归过程中,我们使用引用传递prein,以及post,但区间索引是值传递。 但是,在递归之前,我们需要确保中遍历列中能找到根节点,否则需要处理错误情况(题目保证列正确,所以不考虑)。 具体代码实现: 步骤: 1. 如果preStart > preEnd,说明没有节点,返回。 2. 根节点值为pre[preStart]。 3. 在中遍历列in的inStart到inEnd范围内查找根节点值,得到位置index。 4. 左子节点数:leftSize = index - inStart。 5. 递归构建左子:buildPost(pre, in, post, preStart+1, preStart+leftSize, inStart, index-1); 6. 递归构建右子:buildPost(pre, in, post, preStart+leftSize+1, preEnd, index+1, inEnd); 7. 将根节点值加入post(后序列)。 这样,当递归结束后,post中存储的就是后序遍历列。 但是,注意:我们也可以不用传递post的引用,而是通过函数返回子后序遍历列,然后合并(左子列+右子列+根节点),但这样会频繁创建vector,效率较低。所以使用引用传递。 另外,我们也可以使用迭代器来列,但这里使用索引区间更直观。 主函数调用: vector<int> postorder; buildPost(preorder, inorder, postorder, 0, preorder.size()-1, 0, inorder.size()-1); 最后,postorder中存储的就是后序遍历列。 但是,我们还需要考虑中遍历中查找根节点的效率。我们可以提前建立一个中遍历值到索引的映射,这样就不用每次循环查找了。 优化:在递归开始前,先构建一个中遍历的哈希表(值->索引),这样查找根节点的位置就是$O(1)$。 因此,我们修改函数,增加一个map参数,或者将map作为全局变量,或者作为辅助函数的成员。 我们可以在主函数中构建一个unordered_map,然后传递给递归函数。 修改后的递归函数: void buildPost(vector<int>& pre, vector<int>& in, vector<int>& post, int preStart, int preEnd, int inStart, int inEnd, unordered_map<int, int>& inMap) 在递归函数内,查找根节点位置: int rootValue = pre[preStart]; int index = inMap[rootValue]; // 直接得到索引 注意:这个索引是相对于整个中遍历列的,我们需要确保它在当前区间[inStart, inEnd]内?但是根据问题描述,列是有效的,所以可以认为在。 但是,如果不在,则说明列错误,我们可以抛出异常,但题目保证正确,所以不考虑。 代码实现: 步骤: 1. 构建inMap:遍历in数组,将每个元素的值位置存入map。 2. 调用递归函数。 递归函数内部: if (preStart > preEnd) return; int rootValue = pre[preStart]; int index = inMap[rootValue]; // 根节点在中遍历中的位置 int leftSize = index - inStart; // 左子节点个数 // 递归左子 buildPost(pre, in, post, preStart+1, preStart+leftSize, inStart, index-1, inMap); // 递归右子 buildPost(pre, in, post, preStart+leftSize+1, preEnd, index+1, inEnd, inMap); // 将根节点加入后序列 post.push_back(rootValue); 这样,后序列post就是后序遍历的结果。 但是,注意:我们递归调用时,区间是左闭右闭的。 完整代码示例: 注意:我们假设二叉树中节点值互不相同,因为如果有相同值,则无法唯一确定,但题目没有说明,我们按互不相同处理。 代码:</think>### 已知二叉树遍历遍历后序遍历(C++实现) #### 核心思路 已知二叉树的先遍历(根--右)遍历(左--右)列,可通过递归方法确定二叉树结构,进而得到后序遍历(左--根): 1. **先首元素为根节点** 2. **在中列中找到根节点位置** 3. **划左右子**(左子长度 = 根节点中位置 -起始位置) 4. **递归处理左右子** 5. **最后输出根节点值**(后序遍历特性) #### C++实现代码 ```cpp #include <iostream> #include <vector> #include <unordered_map> using namespace std; // 递归构建后序遍历列 void buildPost(vector<int>& pre, vector<int>& in, vector<int>& post, int preStart, int preEnd, int inStart, int inEnd, unordered_map<int, int>& inMap) { if (preStart > preEnd) return; // 递归终止条件 int rootValue = pre[preStart]; // 当前子根节点值 int rootIndex = inMap[rootValue]; // 根节点在中列的位置 int leftSize = rootIndex - inStart; // 左子节点数量 // 递归构建左子(先区间[preStart+1, preStart+leftSize]) buildPost(pre, in, post, preStart + 1, preStart + leftSize, inStart, rootIndex - 1, inMap); // 递归构建右子(先区间[preStart+leftSize+1, preEnd]) buildPost(pre, in, post, preStart + leftSize + 1, preEnd, rootIndex + 1, inEnd, inMap); // 后序遍历:最后存储根节点 post.push_back(rootValue); } // 主函数接口 vector<int> getPostorder(vector<int>& preorder, vector<int>& inorder) { unordered_map<int, int> inMap; // 建立中遍历->位置的映射(O(1)查找) for (int i = 0; i < inorder.size(); i++) { inMap[inorder[i]] = i; } vector<int> postorder; buildPost(preorder, inorder, postorder, 0, preorder.size()-1, 0, inorder.size()-1, inMap); return postorder; } // 示例用法 int main() { vector<int> pre = {3, 9, 20, 15, 7}; // 先列 vector<int> in = {9, 3, 15, 20, 7}; // 中列 vector<int> post = getPostorder(pre, in); cout << "后序遍历结果: "; for (int val : post) cout << val << " "; // 输出: 9 15 7 20 3 return 0; } ``` #### 关键步骤解析 1. **建立中索引映射** 使用`unordered_map`存储中列的值与位置关系,实现$O(1)$时间复杂度的根节点定位[^1]: ```cpp unordered_map<int, int> inMap; for (int i = 0; i < inorder.size(); i++) { inMap[inorder[i]] = i; } ``` 2. **递归划** 根据左子长度$k$($k = \text{rootIndex} - \text{inStart}$)确定子边界[^2]: - 左子区间:$[\text{preStart}+1, \text{preStart}+k]$ - 右子区间:$[\text{preStart}+k+1, \text{preEnd}]$ 3. **后序列生成** 递归完成后,按**左子→右子→根节点**顺将根值加入`post`数组: ```cpp post.push_back(rootValue); // 后序遍历最后访问根 ``` #### 复杂度- **时间复杂度**:$O(n)$(每个节点处理一次) - **空间复杂度**:$O(n)$(哈希表存储中索引,递归栈深度) #### 边界条件处理 - 当先区间为空(`preStart > preEnd`)时终止递归 - 确保中列包含所有先元素(依赖输入有效性) #### 示例验证 给定-:$[3, 9, 20, 15, 7]$ -:$[9, 3, 15, 20, 7]$ 输出后序:$[9, 15, 7, 20, 3]$ 对应二叉树结构: ``` 3 / \ 9 20 / \ 15 7 ```
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