文章标题:
算法妙趣屋——递归下二叉树的精巧剪裁
1.前言
二叉树里的深度搜索(展开阐述)
深度优先遍历(DFS,即DepthFirstTraversal)
,是我们在树或者图这类数据结构中常用的一种遍历手段。该算法会尽可能深入地搜索树或者图的分支,直至一条路径上的所有节点都被遍历完毕,之后回溯到上一层,再去探寻另一条路径进行遍历。
在二叉树中,常见的深度优先遍历有:前序遍历
、中序遍历
以及后序遍历
。
由于树本身的定义就是递归式的,所以运用递归的方法来实现树的三种遍历不仅易于理解,而且代码十分简洁。并且前中后序三种遍历的唯一差别就在于访问根节点的时机不一样
,在解题的时候,选取合适的遍历顺序,对算法的理解很有帮助。
1.计算布尔二叉树的值(medium)
题目链接:计算布尔二叉树的值
题目阐释:
给你一棵完整的二叉树的根节点,这棵树有这样的特征:
叶子节点的值要么是0要么是1,其中0代表False,1代表True。
非叶子节点的值要么是2要么是3,其中2代表逻辑或OR,3代表逻辑与AND。
计算一个节点值的方式如下:
要是节点是叶子节点,那么节点的值就是它自身,也就是True或者False。
不然的话,计算两个子节点的节点值,然后用该节点的运算符对两个子节点值进行运算。
返回根节点root经过布尔运算后的结果。
完整二叉树指的是每个节点有0个或者2个子节点的二叉树。
叶子节点是没有子节点的节点。
算法思路:
-
- 针对规模为n的问题,需要算出当前节点的值。
-
- 当节点值不是0或1时,
规模为n的问题能够分解为规模为n-1的子问题
:
- 当节点值不是0或1时,
- a:所有子节点的值;
- b:通过子节点的值运算得到当前节点值。
-
- 当问题的规模变为n=1时,也就是叶子节点的值为0或1,我们可以
直接
获取当前节点值为0或1。
- 当问题的规模变为n=1时,也就是叶子节点的值为0或1,我们可以
递归函数流程:
-
- 当前问题规模为n=1时,即叶子节点,直接返回当前节点值
-
- 递归求出左右子节点的值;
-
- 通过判断当前节点的逻辑运算符,计算左右子节点值运算得到的结果;
class Solution {
public:
bool evaluateTree(TreeNode* root) {
if(root->left==nullptr||root->right==nullptr)
{
return root->val;
}
else
{
if(root->val==2)
return evaluateTree(root->left)||evaluateTree(root->right);
else
return evaluateTree(root->left)&&evaluateTree(root->right);
}
}
};
2. 求根节点到叶节点数字之和(medium)
题目链接:求根节点到叶节点数字之和
题目说明:
给你一个二叉树的根节点root,树中每个节点都存着一个0到9之间的数字。
每一条从根节点到叶子节点的路径都代表一个数字:
比如,从根节点到叶子节点的路径1->2->3就表示数字123。
计算从根节点到叶子节点生成的所有数字的总和。
叶子节点是指没有子节点的节点。
解题思路:
解法(dfs-前序遍历) :
前序遍历按照根节点、左子树、右子树的顺序遍历二叉树的所有节点,通常用于 子节点的状态依赖于父节点状态的题目
。
在前序遍历的过程中,我们可以 向左右子树传递信息
,并且在回溯时获取左右子树的返回值。递归函数能帮我们做两件事:
- 将父节点的数字和当前节点的信息整合起来,算出当前节点的数字,然后传递到下一层进行递归;
- 当碰到叶子节点的时候,就不再向下传递信息,而是
将整合的结果向上一直回溯到根节点
。在递归结束时,根节点需要返回的值就成了整棵树的数字和。
递归函数流程:
-
- 遇到空节点时,说明这条路从根节点开始没有分支,返回0 ;
-
- 结合父节点传下来的信息和当前节点的val,
算出当前节点数字sum
;
- 结合父节点传下来的信息和当前节点的val,
-
- 如果当前结点是叶子节点,
直接返回整合后的结果sum
- 如果当前结点是叶子节点,
-
- 如果当前结点不是叶子节点, 将sum传到左右子树中去 ,得到左右子树中节点路径的数字和 ,然后
相加后返回结果
。
- 如果当前结点不是叶子节点, 将sum传到左右子树中去 ,得到左右子树中节点路径的数字和 ,然后
class Solution {
public:
int sumNumbers(TreeNode* root) {
return sumNumber(root,0);
}
int sumNumber(TreeNode* root,int x) {
if(root==nullptr)
return x;
else
{
x=x*10+root->val;
}
if(root->left!=nullptr&&root->right!=nullptr)
return sumNumber(root->left,x)+sumNumber(root->right,x);
else if(root->left!=nullptr)
return sumNumber(root->left,x);
else if(root->right!=nullptr)
return sumNumber(root->right,x);
else
return x;
}
};
3.⼆叉树剪枝(medium)
题⽬链接:二叉树剪枝
题目讲解:
给你二叉树的根结点root,而且树的每个结点的值要么是0,要么是1。
返回移除了所有不包含1的子树后的原二叉树。
节点node的子树是node本身加上所有node的后代。
解法( dfs-后序遍历 ):
后序遍历按照左子树、右子树、根节点的顺序遍历二叉树的所有节点,通常用于 父节点的状态依赖于子节点状态的题目
。
后序遍历的主要步骤:
-
- 递归出口:当传入节点为空时,不做处理;
-
- 递归处理左子树;
-
- 递归处理右子树;
-
- 处理当前节点:判断该节点是否为叶子节点(即左右子节点都被删除,当前节点成为叶子节点),
并且节点的值为0
:
a. 如果是,就删除
掉;
b. 如果不是,就不做任何处理
。
- 处理当前节点:判断该节点是否为叶子节点(即左右子节点都被删除,当前节点成为叶子节点),
class Solution {
public:
TreeNode* pruneTree(TreeNode* root) {
dfs(root);
if(root->left==nullptr&&root->right==nullptr&&root->val==0)
return nullptr;
else
return root;
}
bool dfs(TreeNode* root)
{
if (root)
{
if(root->left==nullptr&&root->right==nullptr)
return root->val;
bool l = dfs(root->left);
bool r = dfs(root->right);
if (l == false) {
root->left = nullptr;
}
if (r == false) {
root->right = nullptr;
}
if(root->val==0)
return l || r;
else
return 1;
}
else
return false;
}
};
4. ⼆叉搜索树中第k⼩的元素(medium)
题目描述:
给定一个二叉搜索树的根节点 root ,和一个整数 k ,请你设计一个算法找出其中第 k 小的元素(从 1 开始计数)。
解题思路:
(中序遍历+计数器剪枝)
上述解法不仅耗费大量额外空间存储数据,而且会把所有的结点都遍历一遍。
然而,我们可以依据中序遍历的过程,只需要扫描前k个结点就行。
所以,我们可以创建一个全局的计数器count,把它初始化为k,每遍历一个节点就将count–。直到某次递归的时候,count的值等于0,说明此时的结点就是我们要找的结果。
class Solution {
public:
int kthSmallest(TreeNode* root, int k) {
int flag = 0;
dfs(root, k, flag);
return flag;
}
void dfs(TreeNode* root, int& k, int& flag) {
if (root)
{
dfs(root->left, k, flag);
k--;
if (k == 0)
{
flag = root->val;
}
dfs(root->right, k, flag);
}
}
};
好啦,关于递归的内容就讲解到这里啦,下一次会讲解搜索、回溯还有全排列的相关知识,咱们下次再见
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