初级算法之树
树比链表稍微复杂，因为链表是线性数据结构，而树不是。 树的问题可以由 广度优先搜索 或 深度优先搜索 解决。 在本章节中，我们提供了一个对于练习 广度优先遍历 很好的题目。
我们推荐以下题目：
二叉树的最大深度，验证二叉搜索树，二叉树的层次遍历 和 将有序数组转换为二叉搜索树。
剑指 Offer 55 - I. 二叉树的深度
输入一棵二叉树的根节点，求该树的深度。从根节点到叶节点依次经过的节点（含根、叶节点）形成树的一条路径，最长路径的长度为树的深度。
递归法:
class Solution {
public int maxDepth(TreeNode root) {
return root == null ? 0 : Math.max(maxDepth(root.left), maxDepth(root.right)) + 1;
}
}
迭代法:
class Solution {
public int maxDepth(TreeNode root) {
if(root == null) return 0;
Queue queue = new LinkedList<>(){{
add(root);
}};
int depth = 0;
while(!queue.isEmpty()){
int cursize = queue.size();
for(int i = 0; i < cursize; i++){
TreeNode temp = queue.poll();
if(temp.left != null) queue.add(temp.left);
if(temp.right != null) queue.add(temp.right);
}
depth++;
}
return depth;
}
}
111. 二叉树的最小深度
给定一个二叉树，找出其最小深度。
最小深度是从根节点到最近叶子节点的最短路径上的节点数量。
说明： 叶子节点是指没有子节点的节点。
class Solution {
public int minDepth(TreeNode root) {
if (root == null) {
return 0;
}
// null节点不参与比较
if (root.left == null && root.right != null) {
return 1 + minDepth(root.right);
}
// null节点不参与比较
if (root.right == null && root.left != null) {
return 1 + minDepth(root.left);
}
return 1 + Math.min(minDepth(root.left), minDepth(root.right));
}
广度优先算法
class Solution {
class QueueNode {
TreeNode node;
int depth;
public QueueNode(TreeNode node, int depth) {
this.node = node;
this.depth = depth;
}
}
public int minDepth(TreeNode root) {
if (root == null) {
return 0;
}
Queue queue = new LinkedList();
queue.offer(new QueueNode(root, 1));
while (!queue.isEmpty()) {
QueueNode nodeDepth = queue.poll();
TreeNode node = nodeDepth.node;
int depth = nodeDepth.depth;
if (node.left == null && node.right == null) {
return depth;
}
if (node.left != null) {
queue.offer(new QueueNode(node.left, depth + 1));
}
if (node.right != null) {
queue.offer(new QueueNode(node.right, depth + 1));
}
}
return 0;
}
}
98. 验证二叉搜索树
给你一个二叉树的根节点 root ，判断其是否是一个有效的二叉搜索树。
有效 二叉搜索树定义如下：
节点的左子树只包含 小于 当前节点的数。
节点的右子树只包含 大于 当前节点的数。
所有左子树和右子树自身必须也是二叉搜索树。
递归
class Solution {
public boolean isValidBST(TreeNode root) {
if (root == null) return true;
return dfs(root.left, root.val, false) && dfs(root.right, root.val, true) && isValidBST(root.left) && isValidBST(root.right);
}
public boolean dfs(TreeNode root, int val, boolean moreThan) {
if (root == null) return true;
if (moreThan && root.val <= val) return false;
if (! moreThan && root.val >= val) return false;
if (root.left != null && ! dfs(root.left, val, moreThan)) return false;
if (root.right != null && ! dfs(root.right, val, moreThan)) return false;
return true;
}
}
class Solution {
public boolean isValidBST(TreeNode root) {
return isValidBST(root, Long.MIN_VALUE, Long.MAX_VALUE);
}
public boolean isValidBST(TreeNode node, long lower, long upper) {
if (node == null) {
return true;
}
if (node.val <= lower || node.val >= upper) {
return false;
}
return isValidBST(node.left, lower, node.val) && isValidBST(node.right, node.val, upper);
}
}
1361. 验证二叉树
二叉树上有 n 个节点，按从 0 到 n - 1 编号，其中节点 i 的两个子节点分别是 leftChild[i] 和 rightChild[i]。
只有 所有 节点能够形成且 只 形成 一颗 有效的二叉树时，返回 true；否则返回 false。
如果节点 i 没有左子节点，那么 leftChild[i] 就等于 -1。右子节点也符合该规则。
二叉树的充分条件：
1）根节点不能被访问到
2）其他节点都被访问到且只被访问一次
用一个长度为 n 的数组 cnt 来记录访问次数 做判断
public boolean validateBinaryTreeNodes(int n, int[] leftChild, int[] rightChild) {
int[] cnt = new int[n];
for(int i=0; i= 0) {
cnt[leftChild[i]] += 1;
}
if(rightChild[i] >= 0) {
cnt[rightChild[i]] += 1;
}
}
if(cnt[0] != 0) {
return false;
}
for(int i=1; i 剑指 Offer 28. 对称的二叉树
请实现一个函数，用来判断一棵二叉树是不是对称的。如果一棵二叉树和它的镜像一样，那么它是对称的。
递归法
class Solution {
public boolean isSymmetric(TreeNode root) {
return check(root, root);
}
public boolean check(TreeNode p, TreeNode q) {
if (p == null && q == null) {
return true;
}
if (p == null || q == null) {
return false;
}
return p.val == q.val && check(p.left, q.right) && check(p.right, q.left);
}
}
迭代法
class Solution {
public boolean isSymmetric(TreeNode root) {
return check(root, root);
}
public boolean check(TreeNode u, TreeNode v) {
Queue q = new LinkedList();
q.offer(u);
q.offer(v);
while (!q.isEmpty()) {
u = q.poll();
v = q.poll();
if (u == null && v == null) {
continue;
}
if ((u == null || v == null) || (u.val != v.val)) {
return false;
}
q.offer(u.left);
q.offer(v.right);
q.offer(u.right);
q.offer(v.left);
}
return true;
}
}
102. 二叉树的层序遍历
给你二叉树的根节点 root ，返回其节点值的 层序遍历 。 （即逐层地，从左到右访问所有节点）。
//dnf方法
class Solution {
public List> levelOrder(TreeNode root) {
List> res = new ArrayList<>();
levelHelper(res, root, 0);
return res;
}
public void levelHelper(List> list, TreeNode root, int level) {
//边界条件判断
if (root == null)
return;
//level表示的是层数，如果level >= list.size()，说明到下一层了，所以
//要先把下一层的list初始化，防止下面add的时候出现空指针异常
if (level >= list.size()) {
list.add(new ArrayList<>());
}
//level表示的是第几层，这里访问到第几层，我们就把数据加入到第几层
list.get(level).add(root.val);
//当前节点访问完之后，再使用递归的方式分别访问当前节点的左右子节点
levelHelper(list, root.left, level + 1);
levelHelper(list, root.right, level + 1);
}
}
class Solution {
public List> levelOrder(TreeNode root) {
List> ret = new ArrayList>();
if (root == null) {
return ret;
}
Queue queue = new LinkedList();
queue.offer(root);
while (!queue.isEmpty()) {
List level = new ArrayList();
int currentLevelSize = queue.size();
for (int i = 1; i <= currentLevelSize; ++i) {
TreeNode node = queue.poll();
level.add(node.val);
if (node.left != null) {
queue.offer(node.left);
}
if (node.right != null) {
queue.offer(node.right);
}
}
ret.add(level);
}
return ret;
}
}
109. 有序链表转换二叉搜索树
给定一个单链表的头节点 head ，其中的元素 按升序排序 ，将其转换为高度平衡的二叉搜索树。
本题中，一个高度平衡二叉树是指一个二叉树每个节点 的左右两个子树的高度差不超过 1。
class Solution {
public TreeNode sortedListToBST(ListNode head) {
if(head == null) return null;
else if(head.next == null) return new TreeNode(head.val);
ListNode pre = head;
ListNode p = pre.next;
ListNode q = p.next;
//找到链表的中点p
while(q!=null && q.next!=null){
pre = pre.next;
p = pre.next;
q = q.next.next;
}
//将中点左边的链表分开
pre.next = null;
TreeNode root = new TreeNode(p.val);
root.left = sortedListToBST(head);
root.right = sortedListToBST(p.next);
return root;
}
}
class Solution {
public TreeNode sortedListToBST(ListNode head) {
// 快慢指针找到链表的中点，中点作为根结点，两边作为左右子树
if(head == null) return null;
if(head.next == null) return new TreeNode(head.val);
// 快慢指针找中间结点
ListNode fast = head, slow = head, pre = null;
while(fast != null && fast.next != null){
fast = fast.next.next;
pre = slow;
slow = slow.next;
}
// 分割出左链表，用于构造本结点的左子树
pre.next = null;
// 分割出右链表，用于构造本结点的右子树
ListNode rightList = slow.next;
// 用中间结点构造根结点
TreeNode root = new TreeNode(slow.val);
// 构造左子树
root.left = sortedListToBST(head);
// 构造右子树
root.right = sortedListToBST(rightList);
// 返回本结点所在子树
return root;
}
}
108. 将有序数组转换为二叉搜索树
给你一个整数数组 nums ，其中元素已经按 升序 排列，请你将其转换为一棵 高度平衡 二叉搜索树。
高度平衡 二叉树是一棵满足「每个节点的左右两个子树的高度差的绝对值不超过 1 」的二叉树。
class Solution {
public TreeNode sortedArrayToBST(int[] nums) {
return nums == null ? null : buildTree(nums, 0, nums.length - 1);
}
private TreeNode buildTree(int[] nums, int l, int r) {
if (l > r) {
return null;
}
int m = l + (r - l) / 2;
//根节点
TreeNode root = new TreeNode(nums[m]);
//左节点
root.left = buildTree(nums, l, m - 1);
//右节点
root.right = buildTree(nums, m + 1, r);
return root;
}
}