PAT A1102. Invert a Binary Tree (25) [树的遍历]

本文介绍了一种算法,用于反转二叉树并实现层序和中序遍历。通过存储节点信息并使用递归方法,文章展示了如何找到根节点,并通过排序输出层序遍历结果。

The following is from Max Howell @twitter:

Google: 90% of our engineers use the software you wrote (Homebrew), but you can’t invert a binary tree on a whiteboard so fuck off.

Now it’s your turn to prove that YOU CAN invert a binary tree!
Input Specification:
Each input file contains one test case. For each case, the first line gives a positive integer N (≤10) which is the total number of nodes in the tree – and hence the nodes are numbered from 0 to N−1. Then N lines follow, each corresponds to a node from 0 to N−1, and gives the indices of the left and right children of the node. If the child does not exist, a - will be put at the position. Any pair of children are separated by a space.

Output Specification:
For each test case, print in the first line the level-order, and then in the second line the in-order traversal sequences of the inverted tree. There must be exactly one space between any adjacent numbers, and no extra space at the end of the line.

Sample Input:
8
1 –
– –
0 –
2 7
– –
– –
5 –

Sample Output:
3 7 2 6 4 0 5 1
6 5 7 4 3 2 0 1

题⽬⼤意:反转⼀棵⼆叉树,给出原⼆叉树的每个结点的左右孩⼦,输出它的层序和前序遍历~
分析: 1. 反转⼆叉树就是存储的时候所有左右结点都交换。
2. ⼆叉树使⽤{id, l, r, index, level}存储每个结点的id, 左右结点,下标值,和当前层数~
3. 根结点是所有左右结点中没有出现的那个结点~
4. 已知根结点,⽤递归的⽅法可以把中序遍历的结果push_back到数组v1⾥⾯,直接输出就是中
序,排序输出就是层序(排序⽅式,层数⼩的排前⾯,相同层数时, index⼤的排前⾯)

#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;
struct node {
	int id, l, r, index, level;
} a[100];
vector<node> v1;
void dfs(int root, int index, int level) {
	if (a[root].r != -1) dfs(a[root].r, index * 2 + 2, level + 1);
	v1.push_back({root, 0, 0, index, level});
	if (a[root].l != -1) dfs(a[root].l, index * 2 + 1, level + 1);
}
bool cmp(node a, node b) {
	if (a.level != b.level) return a.level < b.level;
	return a.index > b.index;
}
int main() {
	int n, have[100] = {0}, root = 0;
	cin >> n;
	for (int i = 0; i < n; i++) {
		a[i].id = i;
		string l, r;
		cin >> l >> r;
		if (l != "-") {
			a[i].l = stoi(l);
			have[stoi(l)] = 1;
		} else {
			a[i].l = -1;
		}
		if (r != "-") {
			a[i].r = stoi(r);
			have[stoi(r)] = 1;
		} else {
			a[i].r = -1;
		}
	}
	while (have[root] == 1) root++;
	dfs(root, 0, 0);
	vector<node> v2(v1);
	sort(v2.begin(), v2.end(), cmp);
	for (int i = 0; i < v2.size(); i++) {
		if (i != 0) cout << " ";
		cout << v2[i].id;
	}
	cout << endl;
	for (int i = 0; i < v1.size(); i++) {
		if (i != 0) cout << " ";
		cout << v1[i].id;
	}
	return 0;
}
`np.invert()` 是 NumPy 库中的一个函数,用于计算输入数组中整数的二进制按位 NOT 结果。实际上,`Numpy` 库中的 `bitwise_not()` 和 `invert()` 是同一个函数,作用相同,只是名字不同 [^2]。 ### 功能 `np.invert()` 函数的主要功能是对输入数组中的每个整数元素执行二进制按位取反操作。也就是说,它会将二进制表示中的每一位 0 变为 1,每一位 1 变为 0。 ### 使用方法 该函数的基本语法如下: ```python np.invert(x, /, out=None, *, where=True, casting='same_kind', order='K', dtype=None, subok=True[, signature, extobj]) ``` - `x`:输入的数组或标量,必须是整数类型。 - `out`:可选参数,用于存储结果的数组。 - `where`:可选参数,一个布尔数组,指定哪些元素需要进行操作。 - 其他参数用于控制数组的类型、顺序等。 ### 使用示例 #### 示例 1:对单个整数进行按位取反 ```python import numpy as np # 有符号正数 13 x = np.array(13, dtype=np.uint8) result = np.invert(x) print(f"对 13 进行按位取反的结果(uint8 类型): {result}") print(f"结果的二进制表示: {np.binary_repr(result, width=8)}") # 使用有符号整数类型 x_signed = np.array(13, dtype=np.int8) result_signed = np.invert(x_signed) print(f"对 13 进行按位取反的结果(int8 类型): {result_signed}") print(f"结果的二进制补码表示: {np.binary_repr(int(result_signed), width=8)}") ``` 在这个示例中,我们对整数 13 进行按位取反操作。当使用 `uint8` 类型时,结果是无符号的 242;当使用 `int8` 类型时,结果是有符号的 -14,其二进制补码表示为 `11110010` [^4]。 #### 示例 2:对数组进行按位取反 ```python import numpy as np arr = np.array([13, 20], dtype=np.uint8) result = np.invert(arr) print(f"对数组 [13, 20] 进行按位取反的结果: {result}") ``` 在这个示例中,我们对数组 `[13, 20]` 中的每个元素进行按位取反操作。 #### 示例 3:结合 `np.isin()` 使用 ```python import numpy as np a = np.array([1, 2, 3, 4, 5]) b = np.array([2, 4]) result = np.invert(np.isin(a, b)) print(f"元素不在 b 中的布尔数组: {result}") ``` 在这个示例中,`np.isin(a, b)` 会返回一个布尔数组,表示 `a` 中的元素是否在 `b` 中。然后,我们使用 `np.invert()` 对这个布尔数组进行取反操作,得到元素不在 `b` 中的布尔数组 [^3]。 ### 应用场景 - **数据加密**:在某些简单的加密算法中,可以使用按位取反操作对数据进行加密。 - **图像处理**:在图像处理中,按位取反可以用于反转图像的颜色,例如将黑白图像的黑白像素互换。 - **逻辑运算**:在进行复杂的逻辑运算时,按位取反可以作为一个基本的操作步骤。
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