二叉树的简单实战 → 一起温故下二叉树的遍历

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开心一刻

  一天,有个男粉丝跟我述苦

  粉丝:我喜欢一个女人,那个女人也喜欢我

  我:你们都是多大

  粉丝:我今年23,她今年26

  我:女大三,抱金砖,我觉得可以呀,年龄不是问题

  粉丝:她家里不同意

  我:她家里为什么不同意,嫌你条件不好,还是嫌你年龄太小

  粉丝:她老公不同意

  我:她老公… 你给我滚

二叉树的简单实战 → 一起温故下二叉树的遍历

前情回顾

  对二叉树的遍历还不了解的,先去看看:二叉树的遍历 → 不用递归,还能遍历吗

  简单来说,深度遍历用  辅助实现,广度遍历用 队列 辅助实现

  不管是递归(系统栈)实现,还是 栈 + 迭代 实现,深度遍历的额外空间复杂度都是:O(n)

  那有没有额外空间复杂度 O(1) 的方法来实现二叉树的深度遍历呢?(O(1) 是指常数级别,而非字面 1 的意思)

  还真有:morris traversal,只是遍历过程会破坏二叉树的结构,所以存在恢复二叉树结构的过程,具体实现可查看:Morris Traversal方法遍历二叉树(非递归,不用栈,O(1)空间)

  不是很好理解,大家结合二叉树样本结构,去逐行 debug 代码,看看二叉树的遍历、结构变化,慢慢的就有感觉了

实战案例

  当我们对二叉树的遍历有了一定的了解之后,我们就可以尝试解决一些二叉树的问题了

  最大宽度

  从根节点开始,一层一层往下统计,最大宽度即是节点数最多的那一(些)层的节点数量,例如

二叉树的简单实战 → 一起温故下二叉树的遍历

  最大宽度就是 3

  很明显,这是一个宽度(广度)遍历,那就需要用到 队列 来辅助实现

  光实现宽度遍历还不够,还需要统计每一层的节点数,然后找出最大宽度;那如何统计每一层的节点数?

  我们可以先用哈希表记录每个节点所处的层次,实现如下

二叉树的简单实战 → 一起温故下二叉树的遍历

  相信大家都能看懂这个代码,就是在宽度遍历的基础上,对每个节点进行层次标记

  标记完之后,再遍历 levelMap ,完成层次的个数统计?

  我们知道哈希表一般是无序的,再遍历 levelMap 进行层次的个数统计,并没那么简单;非要较劲,也是可以实现的,但没比较

  宽度遍历本身就是逐层进行的,当进行到下一层时,上一层肯定全部遍历完了,所以当遍历下一层的时候,上一层的节点数就应该统计出来

  我们来看完整代码

二叉树的简单实战 → 一起温故下二叉树的遍历

  简单点来说,就是在宽度遍历的基础上加入了统计的逻辑,所以重点是宽度遍历

  只要能够理解宽度遍历,上述代码就很容易理解

  我们再延伸下,如果不用哈希表,还能实现吗?

  哈希表的作用看似是记录每个节点所在的层次,实际就是用来判断当前层次是否处理完,基于此我们可以改造下

  用两个节点变量( curEnd 、 nextEnd )分别记录当前层的最后一个节点和下一层的最后一个节点;遍历当前层的时候,移动 nextEnd 

  当遍历完当前层节点( cur == curEnd ), nextEnd 刚好来到来到下一层的最后一个节点,将 nextEnd 赋值给 curEnd ( curEnd = nextEnd; ),开始下一层的遍历与统计

  如此反复,找到最大宽度;代码如下

二叉树的简单实战 → 一起温故下二叉树的遍历

  是不是很有意思?

  我们再来延伸下,找出最大宽度的同时,找出最大宽度所在的层(可能多层),该如何实现?

  这个就交给你们自己去实现了

  路径总和

  LeeCode 113

  给定二叉树的根节点 root 和一个整数目标和 targetSum ,找出所有 从根节点到叶子节点 路径总和等于给定目标和的路径(叶子节点 是指没有子节点的节点)

  示例:

二叉树的简单实战 → 一起温故下二叉树的遍历

  先序遍历,找出所有路径,过滤出路径上节点之和等于 targetSum 的路径

  比较简单,直接看代码

二叉树的简单实战 → 一起温故下二叉树的遍历

  有两个注意点:1、为什么不直接将 curPath 添加到 allPath,而是 copy 一份之后将新的添加到 allPath;2、为什么要回溯

  第 1 点,正是由于回溯,导致 curPath 中的元素会变化,如果 allPath 直接添加 curPath(allPath.add(curPath)),那么 allPath 中的元素也会随着递归的出栈而变化

  所以这两个注意点可以归纳为一点:为什么要回溯

  不理解为什么要回溯的小伙伴,可以先去查查回溯的相关资料

  在这里,回溯的作用是还原现场,保证我们能够正确的找到所有路径

  折纸问题

  把纸条竖着放在桌⼦上,然后从纸条的下边向上⽅对折,压出折痕后再展开,此时有 1 条折痕,突起的方向指向纸条的背⾯,这条折痕叫做“凹”折痕 ;突起的⽅向指向纸条正⾯的折痕叫做“凸”折痕

  如果每次都从下边向上方对折,对折 N 次,请从上到下打印出所有折痕的方向

  我们用纸条去实操下,就会发现规律,这就是一个二叉树的中序遍历(严格来时,是满二叉树的中序遍历)

  很简单,直接看代码

二叉树的简单实战 → 一起温故下二叉树的遍历

  这题很容易,只要你去实操折纸,找到了规律,代码实现就是手到擒来

  最低公共祖先

  求同一棵二叉树中两个节点的最低公共祖先节点

  什么是最低公共祖先,节点往上向根节点移动,两个节点最先汇聚的节点则是这两个节点的最低公共祖先,例如

二叉树的简单实战 → 一起温故下二叉树的遍历

  10 和 4 的最低公共祖先就是 3

  简单的做法是借助哈希表

  先遍历一次二叉树,记录所有节点的父节点(HashMap),然后找出其中某个节点(n1)的所有祖先节点(存放到 HashSet 中)

  再从另一个节点(n2)开始,从 HashMap 中逐个找 n2 的祖先节点的同时,判断 n2 的当前祖先节点是否在 HashSet 中

  一旦找到,这直接返回该节点,就是 n1 与 n2 的最低公共祖先

  我们来看代码

二叉树的简单实战 → 一起温故下二叉树的遍历

  很好理解,也很好实现,就是有点费空间

  还有一种方式,实现非常简单,但却不好理解,是前辈们反复提炼之后得到的一种解法

二叉树的简单实战 → 一起温故下二叉树的遍历

  大家千万不要只盯着代码看,需要结合具体的二叉树结构、n1与n2的关系,逐行代码去模拟,去找感觉,来理解这种方式

  这可是前辈们反复提炼之后的方法,如果你一眼就看懂了,那岂不是太过分了?

总结

  1、二叉树的遍历是解二叉树题的基础,基础一定要打牢

    相信大家已从上述几个案例中感觉到了

    基础不牢,地动山摇,你们懂的

  2、举的案例有限,目的也仅仅只是给大家找找感觉

    有了一定的感觉,就可以力扣走起:二叉树

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