96. Unique Binary Search Trees

本文详细解析了如何通过动态规划算法来计算不同大小的二叉搜索树(BST)的数量。通过对BST定义的理解,利用递推公式计算以任意值作为根节点时左子树和右子树的数量,并最终得出所有可能的BST数量。

  首先BST的定义为左子树每个结点小于根结点,右子树每个结点大于根节点。假设序列为[1…n],最大BST为dp[n],那么我们知道所有的BST为以每个数k(1<=k<=n)作为根节点所得BST数量之和。

  对于某个数k,以其为根的BST数量等于其左子树数量乘以右子树数量,现在讨论对于特定k,其左右子树数量。

  左子树:左子树结点都小于k,很容易知道左子树的最大数量就为dp[k-1]

  右子树:右子树结点大于k,即为[k…n],这里需要经过变换一下,思考一下我们容易发现BST的数量其实与特定的数值序列无关,而只与其个数有关,比如用[1,2,3]和[4,7,9]所构成的BST数量是一样的。那么右子树的最大数量就为dp[n-k]

class Solution {
public:
	int numTrees(int n) {
		vector<int>dp(n + 1, 0);
		dp[0] = dp[1] = 1;
		for (int i = 2; i < n + 1;++i)
		for (int j = 1; j <= i; ++j)
			dp[i] += dp[j - 1] * dp[i - j];
		return dp[n];
	}
};


### 如何使用二叉搜索树(BST)实现 A+B 操作 在 C 编程语言中,可以通过构建两个二叉搜索树(BST),分别表示集合 A 和 B 的元素,然后通过遍历其中一个 BST 并将其节点插入到另一个 BST 中来完成 A+B 操作。以下是详细的实现方法: #### 数据结构定义 首先需要定义一个简单的二叉搜索树节点的数据结构。 ```c typedef struct TreeNode { int value; struct TreeNode* left; struct TreeNode* right; } TreeNode; ``` #### 插入函数 为了向 BST 添加新元素,可以编写如下 `insert` 函数。 ```c TreeNode* createNode(int value) { TreeNode* newNode = (TreeNode*)malloc(sizeof(TreeNode)); newNode->value = value; newNode->left = NULL; newNode->right = NULL; return newNode; } void insert(TreeNode** root, int value) { if (*root == NULL) { *root = createNode(value); } else { if (value < (*root)->value) { insert(&((*root)->left), value); // Insert into the left subtree. } else if (value > (*root)->value) { insert(&((*root)->right), value); // Insert into the right subtree. } // If value == (*root)->value, do nothing since duplicates are not allowed in a set. } } ``` #### 合并操作 要执行 A+B 操作,即合并两棵 BST,可以从一棵树中提取所有元素并将它们逐个插入另一棵树中。 ```c // In-order traversal to extract elements from one tree and add them to another. void mergeTrees(TreeNode* sourceRoot, TreeNode** targetRoot) { if (sourceRoot != NULL) { mergeTrees(sourceRoot->left, targetRoot); // Traverse left subtree first. insert(targetRoot, sourceRoot->value); // Add current node's value to target tree. mergeTrees(sourceRoot->right, targetRoot); // Then traverse right subtree. } } ``` #### 主程序逻辑 假设我们已经初始化了两棵 BST 表示集合 A 和 B,则可以通过调用上述函数完成 A+B 操作。 ```c int main() { TreeNode* treeA = NULL; TreeNode* treeB = NULL; // Example: Adding values to Tree A. int arrayA[] = {5, 3, 7, 2, 4}; for (size_t i = 0; i < sizeof(arrayA)/sizeof(arrayA[0]); ++i) { insert(&treeA, arrayA[i]); } // Example: Adding values to Tree B. int arrayB[] = {6, 8, 1}; for (size_t i = 0; i < sizeof(arrayB)/sizeof(arrayB[0]); ++i) { insert(&treeB, arrayB[i]); } // Perform A + B by merging all nodes of treeB into treeA. mergeTrees(treeB, &treeA); // Now treeA contains all unique elements from both sets. return 0; } ``` 此代码片段展示了如何利用二叉搜索树的性质高效地进行集合并集运算[^1]。
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