面试算法43:在完全二叉树中添加节点

题目

在完全二叉树中,除最后一层之外其他层的节点都是满的(第n层有2n-1个节点)。最后一层的节点可能不满,该层所有的节点尽可能向左边靠拢。例如,图7.3中的4棵二叉树均为完全二叉树。实现数据结构CBTInserter有如下3种方法。

  • 构造函数CBTInserter(TreeNode root),用一棵完全二叉树的根节点初始化该数据结构。
  • 函数insert(int v)在完全二叉树中添加一个值为v的节点,并返回被插入节点的父节点。例如,在如图7.3(a)所示的完全二叉树中添加一个值为7的节点之后,二叉树如图7.3(b)所示,并返回节点3。在如图7.3(b)所示的完全二叉树中添加一个值为8的节点之后,二叉树如图7.3(c)所示,并返回节点4。在如图7.3(c)所示的完全二叉树中添加节点9会得到如图7.3(d)所示的二叉树并返回节点4。
  • 函数get_root()返回完全二叉树的根节点。

分析

在完全二叉树中添加新节点顺序看起来是从上到下按层从左到右添加的,这就是典型的二叉树广度优先搜索的顺序。我们可以每次在完全二叉树中按照广度优先搜索的顺序找出第1个左子节点或右子节点还有空缺的节点。如果它没有左子节点,那么新的节点就作为它的左子节点;如果它没有右子节点,那么新的节点就作为它的右子节点。

接下来考虑效率优化。在完全二叉树中添加节点时需要按照广度优先搜索的顺序找出第1个缺少子节点的节点。其实没有必要在每次插入新的节点时都从完全二叉树的根节点开始从头进行广度优先搜索。

例如,在如图7.3(a)所示的完全二叉树中添加新的节点7时,从根节点开始按照广度优先搜索的顺序找出节点3是第1个缺少子节点的节点,由此可知,在节点3之前被遍历过的所有节点(节点1和节点2)的左右子节点都已经存在,并且当节点7插入节点3的右子节点的位置之后节点3的左右子节点都已经存在。下次再次插入新的节点时,就没有必要从根节点开始,而是跳过节点1、节点2和节点3,直接从节点4开始查找第1个还缺少子节点的节点。

java 复制代码
public class CBTInserter {
    private Queue<TreeNode> queue;
    private TreeNode root;

    public CBTInserter(TreeNode root) {
        this.root = root;

        queue = new LinkedList<>();
        queue.offer(root);
        while (queue.peek().left != null && queue.peek().right != null) {
            TreeNode node = queue.poll();
            queue.offer(node.left);
            queue.offer(node.right);
        }
    }

    public int insert(int v) {
        TreeNode parent = queue.peek();
        TreeNode node = new TreeNode(v);

        if (parent.left == null) {
            parent.left = node;
        }
        else {
            parent.right = node;

            queue.poll();
            queue.offer(parent.left);
            queue.offer(parent.right);
        }

        return parent.val;
    }

    public TreeNode getRoot() {
        return this.root;
    }
}
相关推荐
2601_962218611 小时前
万象生鲜系统业财一体化底层打通技术自动生成经营账单
大数据·数据库·人工智能·python·算法
吞下星星的少年·-·1 小时前
The 2026 ICPC Asia East Continent Online Contest (II)(构造)
数据结构·算法
怕浪猫2 小时前
长会话不崩盘:DeepSeek Harness 的上下文压缩与目标管理策略
面试·github·agent
ocean21032 小时前
2025-2026年Python面试高频知识点洞察
开发语言·python·面试·python八股文
stolentime3 小时前
洛谷P10515 转圈题解
c++·算法·数学建模·贪心算法
和裕4 小时前
蜂窝板 vs 七层瓦楞重型纸箱:大件工业设备运输性能与成本全对比
大数据·运维·网络·人工智能·算法
衡石科技4 小时前
Data_Agent记忆机制与经验复用衡石分析智能体会话记忆与长期学习技术解析
人工智能·科技·学习·算法·企业级bi
letisgo54 小时前
JAVA 高级进阶07篇《@Transactional失效的8个场景:代理机制到传播行为》
java·面试·transactional·spring事务·aop动态代理
Msshu1235 小时前
2~5串锂电快充优选|XSP36 Type‑C升压/升降压快充管理芯片
数据结构·随机森林·贪心算法·排序算法·线性回归·启发式算法
shirsl5 小时前
算法 Day 2 滑动窗口 + 栈 / 单调栈
开发语言·python·算法