简单递归实现二叉树重建

题目(来源 牛客网 剑指Offer 编程题 第四题):

输入某二叉树的前序遍历和中序遍历的结果,请重建出该二叉树。
假设输入的前序遍历和中序遍历的结果中都不含重复的数字。
例如输入前序遍历序列{1,2,4,7,3,5,6,8}和中序遍历序列{4,7,2,1,5,3,8,6},则重建二叉树并返回。

正确代码:

/**
 * Definition for binary tree
 * public class TreeNode {
 *     int val;
 *     TreeNode left;
 *     TreeNode right;
 *     TreeNode(int x) { val = x; }
 * }
 */
public class Solution {
    public TreeNode reConstructBinaryTree(int [] pre,int [] in) {
        TreeNode treeNode =BinaryTree(pre,0,pre.length-1,in,0,in.length-1);
        return treeNode;
    }

    public static TreeNode BinaryTree(int []pre,int preStart,int preEnd,int []in ,int inStart,int inEnd){
        if (preEnd

解题思路:
题目给出二叉树的前序遍历和中序遍历,要求我们重建二叉树。
根据二叉树前序遍历和中序遍历的特性,我们很快的知道二叉树的根节点就是1。并且在二叉树的中序遍历中很快的分清楚左子树和右子树。
简单递归实现二叉树重建_第1张图片
再往下推,在中序遍历里,我们已经分清楚二叉树的左子树部分和右子树部分。根据二叉树的特性:任意一颗二叉树,它的左子树或者右子树存在且深度大于1,那么必定也是一颗二叉树。
在上面这句活中,我们可以画出重点来:
1、分类讨论,左子树和右子树
2、不管左子树或者右子树,那么他们都是二叉树,这里就该用到递归。

接下来的问题就是该怎么递归?
我们可以用中序遍历的左子树和右子树部分,可以确定前序遍历中的左子树和右子树部分。

简单递归实现二叉树重建_第2张图片
这样就可知,左子树的前序遍历是2,4,7;中序遍历是4,7,2。右子树的前序遍历是3,5,6,8;中序遍历是5,3,6,8。
由此,越来越觉得要用递归了。由大化小,分类讨论,他们的list数组也该这样。所以,前序遍历和中序遍历的数组也应该,分段截取。递归方法的参数,即可确定:前序序列,前序序列的起始下标,前序序列的结束下标,后序序列,后序序列的起始下标,后序序列的结束下标
此时,又引入新的问题:数组应该怎么分段截取,即下标怎么确定?
这是最后的一个问题,也是最重要的一个问题。下面我们捋一遍代码:
首先定义好 递归方法的参数:

BinaryTree(int []pre,int preStart,int preEnd,int []in ,int inStart,int inEnd)

下面对递归做了诠释:

递归的能力在于用有限的语句来定义对象的无限集合。一般来说,递归需要有边界条件、递归前进段和递归返回段。
当边界条件不满足时,递归前进;当边界条件满足时,递归返回。

则边界条件很明显,两个数组的空间随着起始下标和结束下标的变化而变小,当结束下标小于起始下标时:就是到达二叉树叶子节点的时候。即:

if (preEnd

解题思路一开始,我们根据前序和中序的特性,可以确定:

当前二叉树的前序遍历,第一个必为根节点:

 TreeNode treeNode = new TreeNode(pre[preStart]);

根据根节点,我们需要找到,中序遍历中的根节点,以此确定它的左子树和右子树,此时需要一个下标,从中序遍历中找到这个点,而这个点就是前序遍历中的首节点。则会有以下代码:

 for (int i=inStart;i<=inEnd;i++){
            if (pre[preStart]==in[i]){
            	……
            }
            }

此时,我们又找到了递归中的一个临界条件:当确定了根节点,确定它的左子树和右子树部分,即可结束这场相爱相恨的递归。所以可以break了。

但是,我们只是找到它的左子树部分和右子树部分,并没有重构它的左子树和右子树。而且整个代码里,都没有反复的自己调用自己的方法。

诶,此时,就该出现了,我们可以发现TreeNode还有两个参数:left,right还没用到过,并且它们也是TreeNode类型的。所以,再break之前,我们需要把它的left,right重建好。即:

				treeNode.left = BinaryTree(pre,preStart+1,i+preStart-inStart,in,inStart,i-1);
                treeNode.right = BinaryTree(pre,i+1+preStart-inStart,preEnd,in,i+1,inEnd);

则,左子树和右子树都重建好了,则返回结果。

说到最后,我好像还没有说,它们的左子树和右子树下标是怎么确定的:

简单递归实现二叉树重建_第3张图片

由上图可知,可得以下条件:
1、我们可以得到根节点的下标:中序遍历(i点);
2、中序遍历和它的下标(inStart ,inEnd),前序遍历和它的下标(preStart和 preEnd);
3、中序遍历的左子树和右子树,与 前序遍历的左子树和右子树长度相等

推出以下结论:
1、中序遍历i点左边是左子树,右边是右子树。即可确定参数:左子树(中序遍历(inStart ,i-1) ,长度为i-1-inStart ) 右子树(中序遍历(i+1,inEnd),长度为inEnd-i-1)
2、前序遍历,去除已用的根节点,所剩区间(preStart +1,preEnd)
3、前序遍历区间也可确定:左子树(前序遍历(preStart +1,preStart +1+左子树长度(i-1-inStart ))),右子树(前序遍历(preStart +1+左子树长度(i-1-inStart )+1,preEnd)) // 即 左子树(前序遍历(preStart +1,preStart +i-inStart )),右子树(前序遍历(preStart +1+i-inStart,preEnd))

最终确定下标:

				 treeNode.left = BinaryTree(pre,preStart+1,i+preStart-inStart,in,inStart,i-1);
                treeNode.right = BinaryTree(pre,i+1+preStart-inStart,preEnd,in,i+1,inEnd);

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