继续是二叉树的应用。基本的处理逻辑还是遍历,然后根据需求在中节点操作。但是随着题目变复杂,就能很明显的感觉到递归确实更加好用了。
104. 二叉树的最大深度 - 力扣(Leetcode)
重点是在于理解深度和高度的区别。简易记法:深度是从上到下,高度是从下到上。不是特别严谨,但是便于理解。
本题可以使用前序(中左右),也可以使用后序遍历(左右中),使用前序求的就是深度,使用后序求的是高度。
而根节点的高度就是二叉树的最大深度,所以本题中我们通过后序求的根节点高度来求的二叉树最大深度。
这一点其实是很多同学没有想清楚的,很多题解同样没有讲清楚。
我先用后序遍历(左右中)来计算树的高度。
代码如下:
int getdepth(treenode* node)
代码如下:
if (node == NULL) return 0;
代码如下:
int leftdepth = getdepth(node->left); // 左
int rightdepth = getdepth(node->right); // 右
int depth = 1 + max(leftdepth, rightdepth); // 中
return depth;
所以整体c++代码如下:
class solution {
public:
int getdepth(treenode* node) {
if (node == NULL) return 0;
int leftdepth = getdepth(node->left); // 左
int rightdepth = getdepth(node->right); // 右
int depth = 1 + max(leftdepth, rightdepth); // 中
return depth;
}
int maxdepth(treenode* root) {
return getdepth(root);
}
};
class solution {
public:
int result;
void getdepth(treenode* node, int depth) {
result = depth > result ? depth : result; // 中
if (node->left == NULL && node->right == NULL) return ;
if (node->left) { // 左
depth++; // 深度+1
getdepth(node->left, depth);
depth--; // 回溯,深度-1
}
if (node->right) { // 右
depth++; // 深度+1
getdepth(node->right, depth);
depth--; // 回溯,深度-1
}
return ;
}
int maxdepth(treenode* root) {
result = 0;
if (root == NULL) return result;
getdepth(root, 1);
return result;
}
};
使用迭代法的话,使用层序遍历是最为合适的,因为最大的深度就是二叉树的层数,和层序遍历的方式极其吻合。
在二叉树中,一层一层的来遍历二叉树,记录一下遍历的层数就是二叉树的深度。
其实我觉得这道题用层序遍历反而好理解。从上到下每一层遍历完了,最下面的一层自然就是最大深度。
class solution {
public:
int maxdepth(treenode* root) {
if (root == NULL) return 0;
int depth = 0;
queue<treenode*> que;
que.push(root);
while(!que.empty()) {
int size = que.size();
depth++; // 记录深度
for (int i = 0; i < size; i++) {
treenode* node = que.front();
que.pop();
if (node->left) que.push(node->left);
if (node->right) que.push(node->right);
}
}
return depth;
}
};
111. 二叉树的最小深度 - 力扣(Leetcode)
重点是避免头结点子树不完全的情况。
直觉上好像和求最大深度差不多,其实还是差不少的。
本题依然是前序遍历和后序遍历都可以,前序求的是深度,后序求的是高度。
那么使用后序遍历,其实求的是根节点到叶子节点的最小距离,就是求高度的过程,这不过这个最小距离 也同样是最小深度。
以下讲解中遍历顺序上依然采用后序遍历(因为要比较递归返回之后的结果,本文我也给出前序遍历的写法)。
本题还有一个误区,在处理节点的过程中,最大深度很容易理解,最小深度就不那么好理解,如图:
这就重新审题了,题目中说的是: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。,注意是叶子节点。
什么是叶子节点,左右孩子都为空的节点才是叶子节点!
所以,如果左子树为空,右子树不为空,说明最小深度是 1 + 右子树的深度。
反之,右子树为空,左子树不为空,最小深度是 1 + 左子树的深度。 最后如果左右子树都不为空,返回左右子树深度最小值 + 1 。
代码如下:
int leftDepth = getDepth(node->left); // 左
int rightDepth = getDepth(node->right); // 右
// 中
// 当一个左子树为空,右不为空,这时并不是最低点
if (node->left == NULL && node->right != NULL) {
return 1 + rightDepth;
}
// 当一个右子树为空,左不为空,这时并不是最低点
if (node->left != NULL && node->right == NULL) {
return 1 + leftDepth;
}
int result = 1 + min(leftDepth, rightDepth);
return result;
遍历的顺序为后序(左右中),可以看出:求二叉树的最小深度和求二叉树的最大深度的差别主要在于处理左右孩子有一个不为空的逻辑。
整体递归代码如下:
class Solution {
public:
int getDepth(TreeNode* node) {
if (node == NULL) return 0;
int leftDepth = getDepth(node->left); // 左
int rightDepth = getDepth(node->right); // 右
// 中
// 当一个左子树为空,右不为空,这时并不是最低点
if (node->left == NULL && node->right != NULL) {
return 1 + rightDepth;
}
// 当一个右子树为空,左不为空,这时并不是最低点
if (node->left != NULL && node->right == NULL) {
return 1 + leftDepth;
}
int result = 1 + min(leftDepth, rightDepth);
return result;
}
int minDepth(TreeNode* root) {
return getDepth(root);
}
};
这道题其实我觉得用迭代法反而非常好理解,逐层遍历所有节点,第一个左右子树都为空的叶子结点自然就是深度最浅的那个。而且还自动避免了考虑左右子树不双全的情况,只要设定叶子结点的终止判断条件就行。
需要注意的是,只有当左右孩子都为空的时候,才说明遍历的最低点了。如果其中一个孩子为空则不是最低点
代码如下:(详细注释)
class Solution {
public:
int minDepth(TreeNode* root) {
if (root == NULL) return 0;
int depth = 0;
queue<TreeNode*> que;
que.push(root);
while(!que.empty()) {
int size = que.size();
depth++; // 记录最小深度
for (int i = 0; i < size; i++) {
TreeNode* node = que.front();
que.pop();
if (node->left) que.push(node->left);
if (node->right) que.push(node->right);
if (!node->left && !node->right) { // 当左右孩子都为空的时候,说明是最低点的一层了,退出
return depth;
}
}
}
return depth;
}
};
222. 完全二叉树的节点个数 - 力扣(Leetcode)
最简单粗暴的办法:遍历一遍,把经过的节点都计数。
// 版本一
class Solution {
private:
int getNodesNum(TreeNode* cur) {
if (cur == NULL) return 0;
int leftNum = getNodesNum(cur->left); // 左
int rightNum = getNodesNum(cur->right); // 右
int treeNum = leftNum + rightNum + 1; // 中
return treeNum;
}
public:
int countNodes(TreeNode* root) {
return getNodesNum(root);
}
};
class Solution {
public:
int countNodes(TreeNode* root) {
queue<TreeNode*> que;
if (root != NULL) que.push(root);
int result = 0;
while (!que.empty()) {
int size = que.size();
for (int i = 0; i < size; i++) {
TreeNode* node = que.front();
que.pop();
result++; // 记录节点数量
if (node->left) que.push(node->left);
if (node->right) que.push(node->right);
}
}
return result;
}
};
在完全二叉树中,除了最底层节点可能没填满外,其余每层节点数都达到最大值,并且最下面一层的节点都集中在该层最左边的若干位置。若最底层为第 h 层,则该层包含 1~ 2^(h-1) 个节点。
大家要自己看完全二叉树的定义,很多同学对完全二叉树其实不是真正的懂了。
我来举一个典型的例子如题:
完全二叉树只有两种情况,情况一:就是满二叉树,情况二:最后一层叶子节点没有满。
对于情况一,可以直接用 2^树深度 - 1 来计算,注意这里根节点深度为1。
对于情况二,分别递归左孩子,和右孩子,递归到某一深度一定会有左孩子或者右孩子为满二叉树,然后依然可以按照情况1来计算。
可以看出如果整个树不是满二叉树,就递归其左右孩子,直到遇到满二叉树为止,用公式计算这个子树(满二叉树)的节点数量。
这里关键在于如果去判断一个左子树或者右子树是不是满二叉树呢?
在完全二叉树中,如果递归向左遍历的深度等于递归向右遍历的深度,那说明就是满二叉树。如图:
在完全二叉树中,如果递归向左遍历的深度不等于递归向右遍历的深度,则说明不是满二叉树,如图:
哪有录友说了,这种情况,递归向左遍历的深度等于递归向右遍历的深度,但也不是满二叉树,如题:
如果这么想,大家就是对 完全二叉树理解有误区了,以上这棵二叉树,它根本就不是一个完全二叉树!
判断其子树岂不是满二叉树,如果是则利用用公式计算这个子树(满二叉树)的节点数量,如果不是则继续递归,那么 在递归三部曲中,第二部:终止条件的写法应该是这样的:
if (root == nullptr) return 0;
// 开始根据做深度和有深度是否相同来判断该子树是不是满二叉树
TreeNode* left = root->left;
TreeNode* right = root->right;
int leftDepth = 0, rightDepth = 0; // 这里初始为0是有目的的,为了下面求指数方便
while (left) { // 求左子树深度
left = left->left;
leftDepth++;
}
while (right) { // 求右子树深度
right = right->right;
rightDepth++;
}
if (leftDepth == rightDepth) {
return (2 << leftDepth) - 1; // 注意(2<<1) 相当于2^2,返回满足满二叉树的子树节点数量
}
递归三部曲,第三部,单层递归的逻辑:(可以看出使用后序遍历)
int leftTreeNum = countNodes(root->left); // 左
int rightTreeNum = countNodes(root->right); // 右
int result = leftTreeNum + rightTreeNum + 1; // 中
return result;
该部分精简之后代码为:
return countNodes(root->left) + countNodes(root->right) + 1;
最后整体C++代码如下:
class Solution {
public:
int countNodes(TreeNode* root) {
if (root == nullptr) return 0;
TreeNode* left = root->left;
TreeNode* right = root->right;
int leftDepth = 0, rightDepth = 0; // 这里初始为0是有目的的,为了下面求指数方便
while (left) { // 求左子树深度
left = left->left;
leftDepth++;
}
while (right) { // 求右子树深度
right = right->right;
rightDepth++;
}
if (leftDepth == rightDepth) {
return (2 << leftDepth) - 1; // 注意(2<<1) 相当于2^2,所以leftDepth初始为0
}
return countNodes(root->left) + countNodes(root->right) + 1;
}
};
这个时间复杂度很有意思,记录一下。