九度OJ-题目1503：二叉搜索树与双向链表

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九度OJ-题目1503：二叉搜索树与双向链表

题目描述：
输入一棵二叉搜索树，将该二叉搜索树转换成一个排序的双向链表。要求不能创建任何新的结点，只能调整树中结点指针的指向。

输入：
输入可能包含多个测试样例。
对于每个测试案例，输入的第一行为一个数n(0<n<1000)，代表测试样例的个数。
接下来的n行，每行为一个二叉搜索树的先序遍历序列，其中左右子树若为空则用0代替。

输出：
对应每个测试案例，
输出将二叉搜索树转换成排序的双向链表后，从链表头至链表尾的遍历结果。

样例输入：
1
2 1 0 0 3 0 0

样例输出：
1 2 3

解题思路：

因为二叉搜索树左子树中的结点均小于根结点，右子树中的结点均大于根结点，所以二叉搜索树的中序遍历序列是有序的。
题目要求将二叉搜索树转换成一个排序的双向链表，其实质就是构造中序线索二叉树，在构造中序线索二叉树的过程中需要用一个指针去记录中序遍历过程中上一个被遍历的结点。
以下是算法的流程：
（1）将二叉树中的各个结点看成是只有一个根结点而没有左右孩子的二叉树；
（2）根据二叉树的先序遍历序列确定各个结点的左右孩子，从而构造出二叉树；
（3）构造中序线索二叉树，在构造中序线索二叉树的过程用一个指针指向中序遍历过程中上一个被遍历的结点；
（4）中序线索二叉树构造完毕后就会生成一个排序的双向链表；
（5）然后遍历二叉树，如果某个结点无中序遍历前继结点，则可以证明该二叉树是中序遍历第一个遍历的结点，也就是双向链表的首个结点，以该结点做为起点就可以依次遍历完双向链表中的所有结点。
AC代码如下：

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stack>
using namespace std;
#define MAX 3001
// 定义二叉树结点的结构
typedef struct Node
{
  int data;            // 数据域
  Node * lchild;       // 左子树指针
  Node * rchild;       // 右子树指针
  Node * pre;          // 中序遍历序列的前继指针
  Node * next;         // 中序遍历序列的后继指针
  bool isConstructLeftChild;    // 判断是否已经构造了结点的左孩子
  bool isConstructRightChild;   // 判断是否已经构造了结点的右孩子
}BinaryTreeNode;
 
BinaryTreeNode binaryTreeNode[MAX]; // 二叉树结点数组
BinaryTreeNode * lastVisitedinInOrderSequnce;    // 标记中序遍历过程中上一次被遍历的结点
char preOrderString[5 * MAX];       // 先序遍历字符串
int numberOfBinaryTreeNode;         // 二叉树的结点数目(包含了值为0的结点)
int preOrderSequence[MAX];          // 转换先序遍历字符串得到的整形数组
int indexOfPreOrderSequence;        // 先序遍历整形数组的下标
 
/**
*  将先序遍历字符串转化为对应的整形数组
*  @param char preOrderString[]  输入的先序遍历字符串
*  @param int preOrderStringLen  先序遍历序列字符串的长度
*  @return 二叉树的结点个数，注意：在这里0也算二叉树的结点
*/
int stringToIntArray(char preOrderString[],int preOrderStringLen)
{
   int i = 0;
   int indexForIntArray = 0;         // 整形数组的长度
   int nodeData;                     // 结点的数据
   while(i < preOrderStringLen)
   {
     nodeData = 0;
     while(preOrderString[i] >= '0' && preOrderString[i] <= '9')    // 从字符串中分隔出整数
     {
       nodeData = 10 * nodeData + preOrderString[i] - '0';
       i++;
     }
     preOrderSequence[indexForIntArray++] = nodeData;
     i++;       // 跳过字符串中的空格
   }
   return indexForIntArray;
}
 
/**
* 初始化二叉树中各个结点之间的关系，将先序遍历序列赋值给各个结点，
* 每个结点都看成是只有一个结点，左右子树都为NULL的二叉树
* @param int n  二叉树中的结点个数
* @return void
*/
void initBinaryTree(int n)
{
    int i;
    for(i = 0;i < n;i++)
    {
       binaryTreeNode[i].data = preOrderSequence[i];
       binaryTreeNode[i].isConstructLeftChild = false;
       binaryTreeNode[i].isConstructRightChild = false;
       binaryTreeNode[i].lchild = NULL;
       binaryTreeNode[i].rchild = NULL;
       binaryTreeNode[i].pre = NULL;
       binaryTreeNode[i].next = NULL;
    }
}
 
/**
*  根据先序遍历序列构造二叉树
*  @param BinaryTreeNode * root 表示当前二叉树的根结点
*  @param preOrderSequence  先序遍历整形数组
*  @param preOrderLen  先序遍历整形数组的长度
*  @return void
*/
void createBinaryTreeByPreOrder(BinaryTreeNode * root,int preOrderSequence[],int preOrderLen)
{
  if((indexOfPreOrderSequence + 1) < (preOrderLen - 1))
  {
    // 构造左子树
    do
    {
        if(binaryTreeNode[numberOfBinaryTreeNode + 1].data != 0)
        {
           root -> lchild = &binaryTreeNode[numberOfBinaryTreeNode + 1];
           numberOfBinaryTreeNode++;
           indexOfPreOrderSequence++;
           createBinaryTreeByPreOrder(root -> lchild,preOrderSequence,preOrderLen);
        }
        else     // 遇到0则当做NULL处理
        {
            root -> lchild = NULL;
            numberOfBinaryTreeNode++;
            indexOfPreOrderSequence++;
        }
        root -> isConstructLeftChild = true;
    }while(false == root -> isConstructLeftChild);
    // 构造右子树
    do
    {
        if(binaryTreeNode[numberOfBinaryTreeNode + 1].data != 0)
        {
          root -> rchild = &binaryTreeNode[numberOfBinaryTreeNode + 1];
          numberOfBinaryTreeNode++;
          indexOfPreOrderSequence++;
          createBinaryTreeByPreOrder(root -> rchild,preOrderSequence,preOrderLen);
        }
        else    // 遇到0则当做NULL处理
        {
            root -> rchild = NULL;
            numberOfBinaryTreeNode++;
            indexOfPreOrderSequence++;
        }
        root -> isConstructRightChild = true;
    }while(false == root -> isConstructRightChild);
  }
 
}// createBinaryTreeByPreOrder
 
/**
*  中序遍历二叉树排序树，根据中序遍历序列构造排好序的双向链表，这也是构造中序二叉线索树的过程
*  @param BinaryTreeNode * root  待遍历的二叉树排序树的根结点
*  @return void
*/
void createSortDuLinklistByInOrder(BinaryTreeNode * root)
{
  if(NULL == root)
     return ;
  else
  {
     createSortDuLinklistByInOrder(root -> lchild);
     root -> pre = lastVisitedinInOrderSequnce;  // 将root结点的pre指针指向中序遍历序列中的上一个被访问的结点
     if(NULL != lastVisitedinInOrderSequnce)
     {
         lastVisitedinInOrderSequnce -> next = root;  // 将root结点添加中序遍历上一个访问的结点后面
     }
     lastVisitedinInOrderSequnce = root;      // 将当前结点标记为最后访问的结点
     createSortDuLinklistByInOrder(root -> rchild);
  }
}
 
/**
*  遍历排好序的双向链表
*  @param int preOrderLen  先序遍历序列的长度(包括值为0的结点)
*  @return void
*/
void travelDoubleSortLinklist(int preOrderLen)
{
   int i;
   BinaryTreeNode * head = NULL;  // 排序双向链表的首元结点
   // 寻找双向链表的首元结点
   for(i = 0;i < preOrderLen;i++)
   {
       if(0 != binaryTreeNode[i].data)       //跳过值等于0的二叉树结点
       {
           //如果某个二叉树的结点无中序遍历前继结点，则可以证明该二叉树是中序遍历第一个遍历的结点
           //也就是二叉树排序树中值最小的结点，当然也就是排序双向链表中的第一个结点
           if(NULL == binaryTreeNode[i].pre)
           {
               head = &binaryTreeNode[i];
               break;
           }
       }
   }
   while(head != NULL)
   {
       printf("%d ",head -> data);
       head = head -> next;
   }
   printf("\n");
}
 
int main()
{
    int n;
    int preOrderStringLen;                 // 输入的先序遍历字符串长度
    int preOrderLen;                       // 先序遍历整形数组的长度
    BinaryTreeNode * root;                 // 二叉树的根结点
    while(EOF != scanf("%d\n",&n))
    {
       while(n--)
       {
        numberOfBinaryTreeNode = 0;   // 初始时二叉树的结点个数为0
        indexOfPreOrderSequence = 0;  // 指向先序遍历序列中的第0个元素
        gets(preOrderString);         // 输入先序遍历序列
        preOrderStringLen = strlen(preOrderString);
        preOrderLen = stringToIntArray(preOrderString,preOrderStringLen);   // 将先序遍历序列字符串转化为整形数组
        initBinaryTree(preOrderLen);   // 初始化二叉树中的各个结点之间的关系
        root = &binaryTreeNode[0];     // 因为是根据先序遍历构建的二叉树，所以根结点指针指向第0个二叉树结点
        createBinaryTreeByPreOrder(root,preOrderSequence,preOrderLen);
        lastVisitedinInOrderSequnce = NULL; // lastVisitedinInOrderSequnce的初始值赋为NULL
        createSortDuLinklistByInOrder(root);
        travelDoubleSortLinklist(preOrderLen);
       }
    }
    return 0;
}
 
/**************************************************************
    Problem: 1503
    User: blueshell
    Language: C++
    Result: Accepted
    Time:50 ms
    Memory:1188 kb
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