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lcof / 面试题07. 重建二叉树 / README

发布于 2024-06-17 01:04:42 字数 9191 浏览 0 评论 0 收藏 0

面试题 07. 重建二叉树

题目描述

输入某二叉树的前序遍历和中序遍历的结果,请构建该二叉树并返回其根节点。

假设输入的前序遍历和中序遍历的结果中都不含重复的数字。

 

示例 1:

Input: preorder = [3,9,20,15,7], inorder = [9,3,15,20,7]
Output: [3,9,20,null,null,15,7]

示例 2:

Input: preorder = [-1], inorder = [-1]
Output: [-1]

 

限制:

0 <= 节点个数 <= 5000

 

注意:本题与主站 105 题重复:https://leetcode.cn/problems/construct-binary-tree-from-preorder-and-inorder-traversal/

解法

方法一:哈希表 + 递归

由于我们每一次都需要在中序序列中找到根节点的位置,因此我们可以使用哈希表 $d$ 来存储中序序列的值和索引,这样可以将查找的时间复杂度降低到 $O(1)$。

接下来,我们设计一个递归函数 $dfs(i, j, n)$,表示在前序序列中,从第 $i$ 个节点开始的 $n$ 个节点,对应的中序序列中,从第 $j$ 个节点开始的 $n$ 个节点,构造出的二叉树。

函数 $dfs(i, j, n)$ 的执行过程如下:

如果 $n = 0$,说明已经没有节点了,返回 $null$;

否则,我们取前序序列的第 $i$ 个节点作为根节点,创建一个树节点,即 root = new TreeNode(preorder[i]),然后我们在中序序列中找到根节点的位置,记为 $k$,则根节点左边的 $k - j$ 个节点为左子树,右边的 $n - k + j - 1$ 个节点为右子树。递归地调用函数 $dfs(i + 1, j, k - j)$ 构造左子树,调用函数 $dfs(i + k - j + 1, k + 1, n - k + j - 1)$ 构造右子树。最后返回根节点 root

时间复杂度 $O(n)$,空间复杂度 $O(n)$。其中 $n$ 是二叉树的节点个数。

# Definition for a binary tree node.
# class TreeNode:
#   def __init__(self, x):
#     self.val = x
#     self.left = None
#     self.right = None


class Solution:
  def buildTree(self, preorder: List[int], inorder: List[int]) -> TreeNode:
    def dfs(i, j, n):
      if n < 1:
        return None
      root = TreeNode(preorder[i])
      k = d[preorder[i]]
      l = k - j
      root.left = dfs(i + 1, j, l)
      root.right = dfs(i + 1 + l, k + 1, n - l - 1)
      return root

    d = {v: i for i, v in enumerate(inorder)}
    return dfs(0, 0, len(preorder))
/**
 * Definition for a binary tree node.
 * public class TreeNode {
 *   int val;
 *   TreeNode left;
 *   TreeNode right;
 *   TreeNode(int x) { val = x; }
 * }
 */
class Solution {
  private Map<Integer, Integer> d = new HashMap<>();
  private int[] preorder;
  private int[] inorder;

  public TreeNode buildTree(int[] preorder, int[] inorder) {
    int n = inorder.length;
    for (int i = 0; i < n; ++i) {
      d.put(inorder[i], i);
    }
    this.preorder = preorder;
    this.inorder = inorder;
    return dfs(0, 0, n);
  }

  private TreeNode dfs(int i, int j, int n) {
    if (n < 1) {
      return null;
    }
    int k = d.get(preorder[i]);
    int l = k - j;
    TreeNode root = new TreeNode(preorder[i]);
    root.left = dfs(i + 1, j, l);
    root.right = dfs(i + 1 + l, k + 1, n - l - 1);
    return root;
  }
}
/**
 * Definition for a binary tree node.
 * struct TreeNode {
 *   int val;
 *   TreeNode *left;
 *   TreeNode *right;
 *   TreeNode(int x) : val(x), left(NULL), right(NULL) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
  TreeNode* buildTree(vector<int>& preorder, vector<int>& inorder) {
    unordered_map<int, int> d;
    int n = inorder.size();
    for (int i = 0; i < n; ++i) {
      d[inorder[i]] = i;
    }
    function<TreeNode*(int, int, int)> dfs = [&](int i, int j, int n) -> TreeNode* {
      if (n < 1) {
        return nullptr;
      }
      int k = d[preorder[i]];
      int l = k - j;
      TreeNode* root = new TreeNode(preorder[i]);
      root->left = dfs(i + 1, j, l);
      root->right = dfs(i + 1 + l, k + 1, n - l - 1);
      return root;
    };
    return dfs(0, 0, n);
  }
};
/**
 * Definition for a binary tree node.
 * type TreeNode struct {
 *   Val int
 *   Left *TreeNode
 *   Right *TreeNode
 * }
 */
func buildTree(preorder []int, inorder []int) *TreeNode {
  d := map[int]int{}
  for i, v := range inorder {
    d[v] = i
  }
  var dfs func(i, j, n int) *TreeNode
  dfs = func(i, j, n int) *TreeNode {
    if n < 1 {
      return nil
    }
    k := d[preorder[i]]
    l := k - j
    root := &TreeNode{Val: preorder[i]}
    root.Left = dfs(i+1, j, l)
    root.Right = dfs(i+1+l, k+1, n-l-1)
    return root
  }
  return dfs(0, 0, len(inorder))
}
/**
 * Definition for a binary tree node.
 * class TreeNode {
 *   val: number
 *   left: TreeNode | null
 *   right: TreeNode | null
 *   constructor(val?: number, left?: TreeNode | null, right?: TreeNode | null) {
 *     this.val = (val===undefined ? 0 : val)
 *     this.left = (left===undefined ? null : left)
 *     this.right = (right===undefined ? null : right)
 *   }
 * }
 */

function buildTree(preorder: number[], inorder: number[]): TreeNode | null {
  const d = new Map<number, number>();
  const n = inorder.length;
  for (let i = 0; i < n; ++i) {
    d.set(inorder[i], i);
  }
  const dfs = (i: number, j: number, n: number): TreeNode | null => {
    if (n < 1) {
      return null;
    }
    const k = d.get(preorder[i]) ?? 0;
    const l = k - j;
    const root = new TreeNode(preorder[i]);
    root.left = dfs(i + 1, j, l);
    root.right = dfs(i + 1 + l, k + 1, n - l - 1);
    return root;
  };
  return dfs(0, 0, n);
}
// Definition for a binary tree node.
// #[derive(Debug, PartialEq, Eq)]
// pub struct TreeNode {
//   pub val: i32,
//   pub left: Option<Rc<RefCell<TreeNode>>>,
//   pub right: Option<Rc<RefCell<TreeNode>>>,
// }
//
// impl TreeNode {
//   #[inline]
//   pub fn new(val: i32) -> Self {
//   TreeNode {
//     val,
//     left: None,
//     right: None
//   }
//   }
// }
use std::rc::Rc;
use std::cell::RefCell;
impl Solution {
  fn help(preorder: &[i32], inorder: &[i32]) -> Option<Rc<RefCell<TreeNode>>> {
    if inorder.is_empty() {
      return None;
    }
    let val = preorder[0];
    let i = inorder
      .iter()
      .position(|num| *num == val)
      .unwrap();
    Some(
      Rc::new(
        RefCell::new(TreeNode {
          val,
          left: Self::help(&preorder[1..i + 1], &inorder[..i]),
          right: Self::help(&preorder[i + 1..], &inorder[i + 1..]),
        })
      )
    )
  }

  pub fn build_tree(preorder: Vec<i32>, inorder: Vec<i32>) -> Option<Rc<RefCell<TreeNode>>> {
    Self::help(&preorder, &inorder)
  }
}
/**
 * Definition for a binary tree node.
 * function TreeNode(val) {
 *   this.val = val;
 *   this.left = this.right = null;
 * }
 */
/**
 * @param {number[]} preorder
 * @param {number[]} inorder
 * @return {TreeNode}
 */
var buildTree = function (preorder, inorder) {
  const d = new Map();
  const n = inorder.length;
  for (let i = 0; i < n; ++i) {
    d.set(inorder[i], i);
  }
  const dfs = (i, j, n) => {
    if (n < 1) {
      return null;
    }
    const k = d.get(preorder[i]);
    const l = k - j;
    const root = new TreeNode(preorder[i]);
    root.left = dfs(i + 1, j, l);
    root.right = dfs(i + 1 + l, k + 1, n - l - 1);
    return root;
  };
  return dfs(0, 0, n);
};
/**
 * Definition for a binary tree node.
 * public class TreeNode {
 *   public int val;
 *   public TreeNode left;
 *   public TreeNode right;
 *   public TreeNode(int x) { val = x; }
 * }
 */
public class Solution {
  public TreeNode BuildTree(int[] preorder, int[] inorder) {
    if (preorder.Length == 0) {
      return null;
    }
    TreeNode root = new TreeNode(preorder[0]);
    int idx = Array.IndexOf(inorder, root.val);
    root.left = BuildTree(preorder[1..(index+1)], inorder[0..idx]);
    root.right = BuildTree(preorder[(index+1)..], inorder[(idx+1)..]);
    return root;
  }
}

方法二

/**
 * Definition for a binary tree node.
 * class TreeNode {
 *   val: number
 *   left: TreeNode | null
 *   right: TreeNode | null
 *   constructor(val?: number, left?: TreeNode | null, right?: TreeNode | null) {
 *     this.val = (val===undefined ? 0 : val)
 *     this.left = (left===undefined ? null : left)
 *     this.right = (right===undefined ? null : right)
 *   }
 * }
 */

function buildTree(preorder: number[], inorder: number[]): TreeNode | null {
  if (inorder.length === 0) {
    return null;
  }
  const val = preorder[0];
  const i = inorder.indexOf(val);
  return new TreeNode(
    val,
    buildTree(preorder.slice(1, i + 1), inorder.slice(0, i)),
    buildTree(preorder.slice(i + 1), inorder.slice(i + 1)),
  );
}

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