Day 20 654.最大二叉树 617.合并二叉树 700.二叉搜索树中的搜索 98.验证二叉搜索树

最大二叉树

给定一个不含重复元素的整数数组。一个以此数组构建的最大二叉树定义如下：

二叉树的根是数组中的最大元素。
左子树是通过数组中最大值左边部分构造出的最大二叉树。
右子树是通过数组中最大值右边部分构造出的最大二叉树。

通过给定的数组构建最大二叉树，并且输出这个树的根节点。

示例：

654.最大二叉树

1 <= nums.length <= 1000

0 <= nums[i] <= 1000

nums 中的所有整数 互不相同

构造过程如下：

构造树一般采用的是前序遍历，因为先构造中间节点，然后递归构造左子树和右子树；

遍历第一步，确定函数参数和返回值：

参数传入的是存放元素的数组，返回该数组构造的二叉树的头结点，返回类型是指向节点的指针：

TreeNode* constructMaximumBinaryTree(vector<int>& nums)

遍历第二步：

确定终止条件，由于本题要求是用数组构建，且题目给出数组的长度大于等于一，所以不用考虑数组非空的情况；

当数组长度为一时，说明此时遍历到了叶子节点，此时定义新节点并返回节点；

TreeNode* node = new TreeNode(0);
if (nums.size() == 1) {node->val = nums[0];return node;
}

遍历第三步：

确定单层遍历条件：
由于需要数组最大值作为根节点，所以优先遍历整个数组获取最大值作为根节点，并得到这个最大值的下标作为分割边界；思路可以参考之前刚做过的中序后序构建二叉树一致，可以用新数组vector，也可以直接传入函数时定义两个int型变量记录左右区间，这里保持函数定义一致以vector型为例，若考虑代码性能选择后者；

	int MaxValue = 0;//获得数组最大值，由于题目给出条件数组为非负自然数，所以此处无须定义为INT_MINint Index = 0;//定义最大值下标for(int i = 0; i < right - left/*nums.size()*/; i++){//遍历完毕，获得最大值if(nums[i] > MaxValue){MaxValue = nums[i];Index = i;}}TreeNode* node = new TreeNode(0);node->val = MaxValue;/*上述代码为"中"的处理过程*/if(Index > 0){//左子树不为空vector<int> newVec(nums.begin(), nums.begin() + maxValueIndex);node->left = constructMaximumBinaryTree(newVec);}if(nums.size()- Index - 1 > 0){//右子树不为空vector<int> newVec(nums.begin() + maxValueIndex + 1, nums.end());node->right = constructMaximumBinaryTree(newVec);}

整体代码如下：

class Solution {
public:TreeNode* constructMaximumBinaryTree(vector<int>& nums) {TreeNode* node = new TreeNode(0);if (nums.size() == 1) {node->val = nums[0];return node;}// 找到数组中最大的值和对应的下标int maxValue = 0;int maxValueIndex = 0;for (int i = 0; i < nums.size(); i++) {if (nums[i] > maxValue) {maxValue = nums[i];maxValueIndex = i;}}node->val = maxValue;// 最大值所在的下标左区间 构造左子树if (maxValueIndex > 0) {vector<int> newVec(nums.begin(), nums.begin() + maxValueIndex);node->left = constructMaximumBinaryTree(newVec);}// 最大值所在的下标右区间 构造右子树if (maxValueIndex < (nums.size() - 1)) {vector<int> newVec(nums.begin() + maxValueIndex + 1, nums.end());node->right = constructMaximumBinaryTree(newVec);}return node;}
};

提升代码性能，重写函数，整体代码如下：

class Solution{
private:TreeNode* traversal(vector<int>& nums, int left, int right){if(left >= right)	return NULL;// 分割点下标：maxValueIndexint maxValueIndex = left;for (int i = left + 1; i < right; ++i) {//理解递归思路if (nums[i] > nums[maxValueIndex]) maxValueIndex = i;}TreeNode* root = new TreeNode(nums[maxValueIndex]);// 左闭右开：[left, maxValueIndex)//无须判断节点是否为空，因为可以允许空节点进入root->left = traversal(nums, left, maxValueIndex);// 左闭右开：[maxValueIndex + 1, right)root->right = traversal(nums, maxValueIndex + 1, right);return root;}
public:TreeNode* constructMaximumBinaryTree(vector<int>& nums){return traversal(nums, 0, nums.size());}
};

合并二叉树

给定两个二叉树，想象当你将它们中的一个覆盖到另一个上时，两个二叉树的一些节点便会重叠。

你需要将他们合并为一个新的二叉树。合并的规则是如果两个节点重叠，那么将他们的值相加作为节点合并后的新值，否则不为 NULL 的节点将直接作为新二叉树的节点。

示例 1:

617.合并二叉树

注意: 合并必须从两个树的根节点开始。

看起来操作两个二叉树第一次见，实际上在对称二叉树中已经使用过类似的思路了；

合并二叉树，只需要同时遍历两个二叉树就可以了：

代码实现（前序）如下：

class Solution {
public:TreeNode* mergeTrees(TreeNode* t1, TreeNode* t2) {if (t1 == NULL) return t2; // 如果t1为空，合并之后就应该是t2if (t2 == NULL) return t1; // 如果t2为空，合并之后就应该是t1// 修改了t1的数值和结构t1->val += t2->val;                             // 中t1->left = mergeTrees(t1->left, t2->left);      // 左t1->right = mergeTrees(t1->right, t2->right);   // 右return t1;}
};

本题前中后序都是可以的，前序最好理解；

也可以采取构造新节点的方法：

class Solution {
public:TreeNode* mergeTrees(TreeNode* t1, TreeNode* t2) {if (t1 == NULL) return t2;if (t2 == NULL) return t1;// 重新定义新的节点，不修改原有两个树的结构TreeNode* root = new TreeNode(0);root->val = t1->val + t2->val;root->left = mergeTrees(t1->left, t2->left);root->right = mergeTrees(t1->right, t2->right);return root;}
};

二叉搜索树中的搜索

给定二叉搜索树（BST）的根节点和一个值。你需要在BST中找到节点值等于给定值的节点。返回以该节点为根的子树。如果节点不存在，则返回 NULL。

例如，

700.二叉搜索树中的搜索

在上述示例中，如果要找的值是 5，但因为没有节点值为 5，我们应该返回 NULL。

二叉搜索树是一个有序树：

若它的左子树不空，则左子树上所有结点的值均小于它的根结点的值；

若它的右子树不空，则右子树上所有结点的值均大于它的根结点的值；

它的左、右子树也分别为二叉搜索树；

。

例如，

[外链图片转存中…(img-V4uavmvL-1712591045263)]

在上述示例中，如果要找的值是 5，但因为没有节点值为 5，我们应该返回 NULL。

二叉搜索树是一个有序树：

若它的左子树不空，则左子树上所有结点的值均小于它的根结点的值；

若它的右子树不空，则右子树上所有结点的值均大于它的根结点的值；

它的左、右子树也分别为二叉搜索树；

这就决定了，二叉搜索树，递归遍历和迭代遍历和普通二叉树都不一样；

但是因为有序这一特性的存在，代码写起来是很简洁的；

	TreeNode* searchBST(TreeNode* root, int val){//函数参数和返回值//终止条件if(root == NULL || root->val == val)	return root;//中if(root->val > val)	return searchBST(root->left, val);//左if(root->val < val)	return searchBST(root->right, val);//右return NULL;}

也可以用迭代法实现：

	TreeNode* searchBST(TreeNode* root, int val){while(root != NULL){if(root->val > val)	root = root->left;else if(root->val < val)	root = root->right;else return root;}return NULL;}

验证二叉搜索树

给定一个二叉树，判断其是否是一个有效的二叉搜索树。

假设一个二叉搜索树具有如下特征：

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。

98.验证二叉搜索树

直观想法：中序遍历二叉树，判断数组是否递增即可;

	vector<int> res;	bool traversal(TreeNode* root){if(root == NULL)	return true;//空节点什么二叉树都是isBST(root->left);res.push_back(root->val);isBST(root->right);        }traversal(root);for (int i = 1; i < vec.size(); i++) {// 注意要小于等于，搜索树里不能有相同元素if (vec[i] <= vec[i - 1]) return false;}return true;

若不使用数组辅助直接对二叉树进行操作，如何判断？

很直白的一个想法

	if(root->val > root->left->val && root->val < root->right->val)	return ture;

**这么写就错了！**因为需要满足的不仅是大于子节点数值，而是整个子树节点的元素；

这里可以采取一个最小值的全局变量，也可以直接使用双指针的思路来优化：

class Solution {
public:TreeNode* pre = NULL;bool isValidBST(TreeNode* root){if(root == NULL)    return true;bool left = isValidBST(root->left);if(pre != NULL && pre->val >= root->val)	return false;//当前一个节点大于等于后一个节点的时候，return false;pre = root;//记录前一个节点bool right = isValidBST(root->right);return left && right;}
};