1、前提(待补充)
1.**DFS(Depth First Search)😗*递归法得到最终的数组(深度优先算法)
其过程简要来说是对每一个可能的分支路径深入到不能再深入为止,如果遇到死路就往回退,回退过程中如果遇到没探索过的支路,就进入该支路继续深入,每个节点只能访问一次。
深度优先搜索应用:先序遍历,中序遍历,后序遍历。二叉树的前序、中序、后序遍历,本质上可以认为是深度优先遍历。是一种回溯思想。
2.BFS(Breadth First Search):迭代法实现层序遍历,每次遍历二叉树的某一层。
它并不考虑结果的可能位置,彻底地搜索整张图,直到找到结果为止。基本过程,BFS是从根节点开始,沿着树(图)的宽度遍历树(图)的节点。如果所有节点均被访问,则算法中止。一般用队列数据结构来辅助实现算法。
广度优先搜索应用:层序遍历、最短路径、求二叉树的最大高度、由点到面遍历图、拓扑排序
2、题型
1、广度优先BFS
按照每层队列入队出队的逻辑,依次访问每层元素:
【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)。
vector<vector<int>> levelOrder(TreeNode* root){vector<vector<int>> ret ;if(!root) return ret;queue <TreeNode*> q;//定义辅助队列q.push(root);while(!q.empty()){int csize = q.size();//每层的列数ret.push_back(vector<int>());//ret中添加空的一维数组 创建for(int i =1;i<=csize;i++){auto node = q.front();q.pop();ret.back().push_back(node->val);if(node->left)q.push(node->left);//需要更新q,否则第一次 q.pop()以后,q就为空了if(node->right)q.push(node->right);}}return ret;}
root = [3,1,4,null,2] 则返回的应该改是{{3},{1,4},{2}}
【1302】层数最深叶子节点的和
给你一棵二叉树的根节点 root
,请你返回 层数最深的叶子节点的和 。
解:到ret的最后一层,然后再累加。每一层更新一下sum
【429】N叉树的层序遍历
给定一个 N 叉树,返回其节点值的层序遍历。(即从左到右,逐层遍历)。树的序列化输入是用层序遍历,每组子节点都由 null 值分隔(参见示例)。
比二叉树的分支更多了,不止左右子树,所以分组的时候要用for循环去分
/*
// Definition for a Node.
class Node {
public:int val;vector<Node*> children;Node() {}Node(int _val) {val = _val;}Node(int _val, vector<Node*> _children) {val = _val;children = _children;}
};
*/class Solution {
public:vector<vector<int>> levelOrder(Node* root) {vector<vector<int>>ret;//定义返回向量queue<Node*> q;//定义辅助队列if(!root)return ret;q.push(root);//队头push进while(!q.empty()){ret.push_back(vector<int>());int csize = q.size();for(int i =1;i<=csize;i++){auto node = q.front();//取队头q.pop();//弹出队头ret.back().push_back(node->val);//每次都是在数组尾更新值//N叉树需要去遍历每个值for(int j = 0;j< node->children.size();j++){if(node->children[j])q.push(node->children[j]);}}}// reverse(ret.begin(), ret.back());return ret;}
};
【199】二叉树右视图
给定一个二叉树的 根节点 root
,想象自己站在它的右侧,按照从顶部到底部的顺序,返回从右侧所能看到的节点值。
这道题还是层序遍历的变形,需要注意的是熟练掌握cize = q.size()是每一层的列数,灵活运用这一特质。
/*** Definition for a binary tree node.* struct TreeNode {* int val;* TreeNode *left;* TreeNode *right;* TreeNode() : val(0), left(nullptr), right(nullptr) {}* TreeNode(int x) : val(x), left(nullptr), right(nullptr) {}* TreeNode(int x, TreeNode *left, TreeNode *right) : val(x), left(left), right(right) {}* };*/
class Solution {
public:vector<int> rightSideView(TreeNode* root) {vector<int> ret;//定义返回数组if(!root)return ret;//如果二叉树为空,返回空数组queue<TreeNode*>q;//定义辅助队列q.push(root);//将根节点push进队列while(!q.empty()){int cize = q.size();//列数(!!)for(int i = 0;i<cize;i++){auto node = q.front();q.pop();if(i == (cize -1))ret.push_back(node->val);//返回每一层最后if(node->left)q.push(node->left);if(node->right)q.push(node->right);}}return ret;}
};
【637】二叉树的层平均值
给定一个非空二叉树的根节点 root
, 以数组的形式返回每一层节点的平均值。与实际答案相差 10-5
以内的答案可以被接受。
特别注意:返回如果有精度要求,那么每层和就要设为double 类型。
/*** Definition for a binary tree node.* struct TreeNode {* int val;* TreeNode *left;* TreeNode *right;* TreeNode() : val(0), left(nullptr), right(nullptr) {}* TreeNode(int x) : val(x), left(nullptr), right(nullptr) {}* TreeNode(int x, TreeNode *left, TreeNode *right) : val(x), left(left), right(right) {}* };*/
class Solution {
public:vector<double> averageOfLevels(TreeNode* root) {vector<double> ret;//定义返回数组if(!root)return ret;queue<TreeNode*>q;//定义辅助队列q.push(root);//根结点入队头while(!q.empty()){int csize = q.size();//每一层的列数double sum = 0;//每层和 double类型for(int i = 0;i< csize;i++){auto node = q.front();//取队头q.pop();sum+=node->val;if(node->left)q.push(node->left);if(node->right)q.push(node->right);}ret.push_back(sum/csize);//每层求均值}return ret;}
};
【515】找到每行最大值
给定一棵二叉树的根节点 root
,请找出该二叉树中每一层的最大值。
/*** Definition for a binary tree node.* struct TreeNode {* int val;* TreeNode *left;* TreeNode *right;* TreeNode() : val(0), left(nullptr), right(nullptr) {}* TreeNode(int x) : val(x), left(nullptr), right(nullptr) {}* TreeNode(int x, TreeNode *left, TreeNode *right) : val(x), left(left), right(right) {}* };*/
class Solution {
public:vector<int> largestValues(TreeNode* root) {vector<int> ret;//定义返回数组if(!root)return ret;queue<TreeNode*> q;//定义辅助队列q.push(root);//把树根结点推入vector<vector<int>> aux;//定义辅助一维向量数组while(!q.empty()){aux.push_back(vector<int>());int csize = q.size();//列数for(int i=0;i<csize;i++){auto node = q.front();q.pop();aux.back().push_back(node->val);if(node->left)q.push(node->left);if(node->right)q.push(node->right);;}}//看作一维向量数组for(auto row:aux){//遍历每行int max = row[0];//取第一个值作为比较for(int col:row){if(col>max){max = col;}}ret.push_back(max);}return ret;}
};
【103】二叉树的锯齿形层序遍历
给你二叉树的根节点 root
,返回其节点值的 锯齿形层序遍历 。(即先从左往右,再从右往左进行下一层遍历,以此类推,层与层之间交替进行)。
输入:root = [3,9,20,null,null,15,7]
输出:[[3],[20,9],[15,7]]
/*** Definition for a binary tree node.* struct TreeNode {* int val;* TreeNode *left;* TreeNode *right;* TreeNode() : val(0), left(nullptr), right(nullptr) {}* TreeNode(int x) : val(x), left(nullptr), right(nullptr) {}* TreeNode(int x, TreeNode *left, TreeNode *right) : val(x), left(left), right(right) {}* };*/
class Solution {
public:vector<int> reverse_level(vector<int> vec){//reverse函数int vecsize = vec.size();int temp =0;for(int i=0;i<vecsize/2;i++){//遍历到中间temp = vec[vecsize-i-1];vec[vecsize-i-1] = vec[i];vec[i] = temp; }return vec; }vector<vector<int>> zigzagLevelOrder(TreeNode* root) {vector<vector<int>> ret;//定义返回的一维数组if(!root)return ret;queue<TreeNode*> q;//定义辅助队列q.push(root);//把root推入q队列while(!q.empty()){ret.push_back(vector<int>());//推入一维空数组int csize = q.size();//列数for(int i =0;i<csize;i++){auto node = q.front();q.pop();ret.back().push_back(node->val);if(node->left)q.push(node->left);if(node->right)q.push(node->right);}}int count_level =0;for(vector<int> row:ret){count_level++;//更新层数if(count_level%2==0){//偶数层ret[count_level-1] = reverse_level(row);//偶数层颠倒}}return ret;}
};
2、深度优先DFS
2.1.二叉树的高度和深度
深度:根节点—>该节点 最长边数 +1(前序)
高度:叶节点---->该节点 最长边数 +1(后序)
对于二叉树,深度:根节点到它的叶节点,高度:叶节点到它的根节点。
注意:树的高度和深度都是一样的,但是具体到树的某个节点,深度和高度就是不一样的。
如上图树的高度和深度都是4(看层数=边数+1),节点8 的高度是2 深度是3(都是从1开始的),节点5的高度是4 深度是3。
假设我构造一个二叉树:
5/ \2 3/ \ 1 4
我要求他的深度:此时先遍历左子树再遍历右子树:5->2->1 到底返回1,回溯到2再到4 ,返回1,再到2,返回2。5–>3返回1,再到5,返回3和2的最大值 3。
//求二叉树的高度/深度
#include <iostream>
#include <stdio.h>
using namespace std;struct TreeNode
{int val;TreeNode* left;TreeNode* right;TreeNode() : val(0), left(nullptr), right(nullptr) {}TreeNode(int x) : val(x), left(nullptr), right(nullptr) {}TreeNode(int x, TreeNode *left, TreeNode *right) : val(x), left(left), right(right) {}
};int high(TreeNode* node){if(!node)return 0;cout<<"node is"<<node->val<<endl;int h_left = high(node->left);int h_right=high(node->right);int res = h_right>h_left ? h_right+1:h_left+1;cout<<"res is"<<res<<endl;return res;
}int main() {TreeNode* node = new TreeNode(5);TreeNode* nodel = new TreeNode(2);TreeNode* noder = new TreeNode(3);TreeNode* nodell = new TreeNode(1);TreeNode* nodelr = new TreeNode(4);node->left = nodel;node->right =noder;nodel->left =nodell;nodel->right=nodelr;int nodehigh =0;nodehigh = high(node);cout<<"final res:"<<nodehigh<<endl;return 0;
}
【100】验证树是否一致
给你两棵二叉树的根节点 p
和 q
,编写一个函数来检验这两棵树是否相同。
如果两个树在结构上相同,并且节点具有相同的值,则认为它们是相同的.
/*** Definition for a binary tree node.* struct TreeNode {* int val;* TreeNode *left;* TreeNode *right;* TreeNode() : val(0), left(nullptr), right(nullptr) {}* TreeNode(int x) : val(x), left(nullptr), right(nullptr) {}* TreeNode(int x, TreeNode *left, TreeNode *right) : val(x), left(left), right(right) {}* };*///深度优先搜索
class Solution {
public:bool isSameTree(TreeNode* p, TreeNode* q) {if(p==nullptr || q== nullptr)return false;if(p == nullptr&& q == nullptr)return true;if(p->val != q->val)return false;return isSameTree(p->left, q->left)&&isSameTree(p->right, q->right);}
};if(p==NULL&&q==NULL) return true;
if(p==NULL||q==NULL) return false;
if(p->val!=q->val) return false;
return isSameTree(p->left,q->left)&&isSameTree(p->right,q->right);
【108】AVL树
递归
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。
由于是升序序列,于是可以选择中间元素作为根节点。
示例1:
输入:nums = [-10,-3,0,5,9]
输出:[0,-3,9,-10,null,5]
解释:[0,-10,5,null,-3,null,9] 也将被视为正确答案:
//如果看成链式结构的话,发现顺序并没有发生变化
/*** Definition for a binary tree node.* struct TreeNode {* int val;* TreeNode *left;* TreeNode *right;* TreeNode() : val(0), left(nullptr), right(nullptr) {}* TreeNode(int x) : val(x), left(nullptr), right(nullptr) {}* TreeNode(int x, TreeNode *left, TreeNode *right) : val(x), left(left), right(right) {}* };*/
class Solution {
public:TreeNode* sortedArrayToBST(vector<int>& nums) {int len = nums.size();//得到数组长度 每次取midreturn dfs(nums,0,len);}TreeNode* dfs(vector<int>& vec,int left,int right){if(left>=right)return NULL;//注意也不能等于 len = 0 空节点int mid = (left+right)/2;//得到midTreeNode* curr= new TreeNode(vec[mid]);//!新建结点 值curr->left = dfs(vec,left,mid);//递归 左节点curr->right = dfs(vec,mid+1,right);//右节点return curr;}
};
这道题非常有意思是如何去创建这个新的结点。首先要更新节点值:
TreeNode* curr = new TreeNode(val);//创建一个节点,并且存入值
curr->left = …
curr->right = …
规定左右子树。
【144】前序遍历
给你二叉树的根节点 root
,返回它节点值的 前序 遍历。前中后序遍历都用递归的方式去实现。
输入:root = [1,null,2,3]
输出:[1,2,3]//返回的是值,所以vector<int>
输入:root = []
输出:[]
输入:root = [1]
输出:[1]
输入:root = [1,null,2]
输出:[1,2]
可以从题解中得出,先序遍历的顺序是NLR,基本上就是输入什么,输出什么,去掉null就好了。特别的,当root为空的时候,应该返回空集。
/*** Definition for a binary tree node.* struct TreeNode {* int val;* TreeNode *left;* TreeNode *right;* TreeNode() : val(0), left(nullptr), right(nullptr) {}* TreeNode(int x) : val(x), left(nullptr), right(nullptr) {}* TreeNode(int x, TreeNode *left, TreeNode *right) : val(x), left(left), right(right) {}* };*/
class Solution {
public:vector<int> preorderTraversal(TreeNode* root) {vector<int> vec;//初始化返回向量traversal(root,vec);return vec;}//回归void traversal(TreeNode* curr,vector<int>& vec){if(NULL == curr)return;//如果root为空,则直接返回空向量//如果root不为空 前序遍历vec.push_back(curr->val);//中traversal(curr->left,vec);//左traversal(curr->right,vec);//右}};
用全局变量会加快一点速度
class Solution {
public:vector<int> vec;//返回节点值 的前序遍历向量vector<int> preorderTraversal(TreeNode* root) {traversal(root);return vec;}void traversal(TreeNode* curr){if(!curr)return;vec.push_back(curr->val);//返回的是节点值traversal(curr->left);traversal(curr->right);}};
【94】中序遍历
给你二叉树的根节点 root
,返回它节点值的 中序 遍历。中序遍历LNR,Inorder
输入:root = [1,null,2,3]
输出:[1,3,2]
输入:root = []
输出:[]
输入:root = [1]
输出:[1]
/*** Definition for a binary tree node.* struct TreeNode {* int val;* TreeNode *left;* TreeNode *right;* TreeNode() : val(0), left(nullptr), right(nullptr) {}* TreeNode(int x) : val(x), left(nullptr), right(nullptr) {}* TreeNode(int x, TreeNode *left, TreeNode *right) : val(x), left(left), right(right) {}* };*/
class Solution {
public:vector<int> inorderTraversal(TreeNode* root) {vector<int> vec;//声明返回向量traversal(root,vec);return vec;}void traversal(TreeNode* root,vector<int> &vec){if(root ==nullptr)return;traversal(root->left,vec);//Lvec.push_back(root->val);//Ntraversal(root->right,vec);//R}
};
【145】后续遍历
给你一棵二叉树的根节点 root
,返回其节点值的 后序遍历 。
输入:root = [1,null,2,3]
输出:[3,2,1]
输入:root = []
输出:[]
输入:root = [1]
输出:[1]
/*** Definition for a binary tree node.* struct TreeNode {* int val;* TreeNode *left;* TreeNode *right;* TreeNode() : val(0), left(nullptr), right(nullptr) {}* TreeNode(int x) : val(x), left(nullptr), right(nullptr) {}* TreeNode(int x, TreeNode *left, TreeNode *right) : val(x), left(left), right(right) {}* };*/
class Solution {
public:vector<int> postorderTraversal(TreeNode* root) {vector<int> vec;//声明返回向量 也可以返回到全局变量去traversal(root,vec);return vec;}void traversal(TreeNode* root,vector<int> &vec){if(root ==nullptr)return;traversal(root->left,vec);//Ltraversal(root->right,vec);//Rvec.push_back(root->val);//N}
};
【104】给定一个二叉树,找出其最大深度。
二叉树的深度为根节点到最远叶子节点的最长路径上的节点数。
说明: 叶子节点是指没有子节点的节点。
/*** Definition for a binary tree node.* struct TreeNode {* int val;* TreeNode *left;* TreeNode *right;* TreeNode() : val(0), left(nullptr), right(nullptr) {}* TreeNode(int x) : val(x), left(nullptr), right(nullptr) {}* TreeNode(int x, TreeNode *left, TreeNode *right) : val(x), left(left), right(right) {}* };*/
//递归问题
#include<algorithm>
class Solution {
public:int maxDepth(TreeNode* root) {if(root == nullptr)return 0;//边界条件return max(maxDepth(root->left),maxDepth(root->right))+1;//非边界条件逻辑//加一是把当前结点算进去了 比如最后一个叶结点深度是0,但是高度是1}
};//其中max函数是包含在algorithm中的
template<class T>
const T& max(const T&a,const T&b)
{return (a < b)?b:a;
}
树为什么是一种递归问题?
他这个遍历的方式是根结点-左-右,这种常识要记住
maxDepth是怎么运行的:递归
演示网站:Python Tutor code visualizer: Visualize code in Python, JavaScript, C, C++, and Java
递归就是要明白代码的边界条件和非边界条件的逻辑。
计算机怎么执行递归的?栈,最后放进去的结点最先出来,空间复杂度o(n)
【104】二叉树最大深度
输入:root = [3,9,20,null,null,15,7]
输出:3
二叉树的 最大深度 是指从根节点到最远叶子节点的最长路径上的节点数。
/*** Definition for a binary tree node.* struct TreeNode {* int val;* TreeNode *left;* TreeNode *right;* TreeNode() : val(0), left(nullptr), right(nullptr) {}* TreeNode(int x) : val(x), left(nullptr), right(nullptr) {}* TreeNode(int x, TreeNode *left, TreeNode *right) : val(x), left(left), right(right) {}* };*/
//递归问题
#include<algorithm>
class Solution {
public:int maxDepth(TreeNode* root) {if(root == nullptr)return 0;//边界条件return max(maxDepth(root->left),maxDepth(root->right))+1;//非边界条件逻辑//加一是把当前结点算进去了 比如最后一个叶结点深度是0,但是高度是1}
};
【559】N叉树的最大深度
给定一个 N 叉树,找到其最大深度。
最大深度是指从根节点到最远叶子节点的最长路径上的节点总数。
N 叉树输入按层序遍历序列化表示,每组子节点由空值分隔(请参见示例)。
/*
// Definition for a Node.
class Node {
public:int val;vector<Node*> children;Node() {}Node(int _val) {val = _val;}Node(int _val, vector<Node*> _children) {val = _val;children = _children;}
};
*/class Solution {
public:int maxDepth(Node* root) {if(root == nullptr)return 0;int depth = 0;//初始化深度//int n = root->children.size();for(int i= 0;i<root->children.size();i++){depth = max(depth,maxDepth(root->children[i]));//第二层马上跳到第三层}return depth + 1;}
};
用拷贝的形式传入形参
用数组的方式比容器的快
【111】二叉树的最小深度
给定一个二叉树,找出其最小深度。(最小层数)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。(易错点:当数退化成链表的时候,最小深度不是1,而是从根节点到叶子节点的长度)
/*** Definition for a binary tree node.* struct TreeNode {* int val;* TreeNode *left;* TreeNode *right;* TreeNode() : val(0), left(nullptr), right(nullptr) {}* TreeNode(int x) : val(x), left(nullptr), right(nullptr) {}* TreeNode(int x, TreeNode *left, TreeNode *right) : val(x), left(left), right(right) {}* };*/
class Solution {
public:int minDepth(TreeNode* root) {if(root == nullptr)return 0;//线性表情况if(root->left==nullptr && root->right != nullptr)return minDepth(root->right)+1;//这是一个递归if(root->right==nullptr && root->left != nullptr)return minDepth(root->left)+1;//这是一个递归//一般情况return min(minDepth(root->left),minDepth(root->right))+1;}
};
【543】二叉树的直径
给你一棵二叉树的根节点,返回该树的 直径 。
二叉树的 直径 是指树中任意两个节点之间最长路径的 长度 。这条路径可能经过也可能不经过根节点 root
。
两节点之间路径的 长度 由它们之间边数表示。
总结:做DFS的题都可以把题目往左右子树深度去想
这里的直径 = 左子树深度+右子树深度(不包括根节点)
错误写法:得到的都是0
/*** Definition for a binary tree node.* struct TreeNode {* int val;* TreeNode *left;* TreeNode *right;* TreeNode() : val(0), left(nullptr), right(nullptr) {}* TreeNode(int x) : val(x), left(nullptr), right(nullptr) {}* TreeNode(int x, TreeNode *left, TreeNode *right) : val(x), left(left), right(right) {}* };*/
//根节点为root的二叉树的直径 = 左子树的最大深度(不包括根节点)+右子树的最大深度(不包括根节点)
class Solution {
public:int ans = 0;int depth(TreeNode* rt){//回溯要单独写if(!rt)return 0;int L = depth(rt->left);//左儿子为根的子树深度int R = depth(rt->right);ans = max(ans,L+R);//计算diameter(返回每个节点的最大直径)return max(L,R)+1;//返回节点深度 正常深度应该+1}int diameterOfBinaryTree(TreeNode* root) {depth(root);return ans;}
};