LeetCode 热题 100 114. 二叉树展开为链表

LeetCode 热题 100 | 114. 二叉树展开为链表

大家好,今天我们来解决一道经典的二叉树问题------二叉树展开为链表。这道题在 LeetCode 上被标记为中等难度,要求将二叉树展开为一个单链表,展开后的单链表应该与二叉树的先序遍历顺序相同。


问题描述

给你二叉树的根结点 root,请你将它展开为一个单链表:

  • 展开后的单链表应该同样使用 TreeNode,其中 right 子指针指向链表中下一个结点,而左子指针始终为 null。
  • 展开后的单链表应该与二叉树先序遍历顺序相同。

示例 1:

plaintext 复制代码
输入:root = [1,2,5,3,4,null,6]
输出:[1,null,2,null,3,null,4,null,5,null,6]

示例 2:

plaintext 复制代码
输入:root = []
输出:[]

示例 3:

plaintext 复制代码
输入:root = [0]
输出:[0]

提示:

  • 树中结点数在范围 [0, 2000] 内
  • -100 <= Node.val <= 100

解题思路

核心思想
  1. 递归展开:

    • 使用递归方法,先序遍历二叉树,将每个节点的左子树和右子树展开为链表。
    • 将左子树的链表连接到当前节点的右子树上,然后将右子树的链表连接到左子树链表的末尾。
  2. 原地展开:

    • 通过递归调用,原地修改节点的指针,避免使用额外的空间。

Python代码实现

python 复制代码
class Solution:
    def flatten(self, root: TreeNode) -> None:
        """
        Do not return anything, modify root in-place instead.
        """
        def flatten_tree(node):
            if not node:
                return None
            
            # 递归展开左子树和右子树
            left_tail = flatten_tree(node.left)
            right_tail = flatten_tree(node.right)
            
            # 如果有左子树,将其连接到右子树的位置
            if left_tail:
                left_tail.right = node.right
                node.right = node.left
                node.left = None
            
            # 返回当前子树的尾节点
            return right_tail or left_tail or node
        
        flatten_tree(root)

代码解析

  1. 递归函数:

    • 定义一个递归函数 flatten_tree,用于展开以某个节点为根的子树。
    • 如果当前节点为空,返回 None。
  2. 递归展开左右子树:

    • 递归调用 flatten_tree,分别展开当前节点的左子树和右子树,返回左子树和右子树的尾节点。
  3. 连接左子树和右子树:

    • 如果左子树不为空,将左子树的尾节点连接到右子树的头节点。
    • 将当前节点的右子树指向左子树的头节点。
    • 将当前节点的左子树设置为 None。
  4. 返回尾节点:

    • 返回当前子树的尾节点,用于连接后续的子树。
  5. 主函数:

    • 调用 flatten_tree(root),从根节点开始展开整个二叉树。

复杂度分析

  • 时间复杂度 :O(n),其中 n 是二叉树的节点数。每个节点恰好被访问一次。
  • 空间复杂度:O(log n),递归调用栈的深度最多为树的高度,对于平衡树为 O(log n),对于非平衡树可能达到 O(n)。

示例运行

示例 1
plaintext 复制代码
输入:root = [1,2,5,3,4,null,6]
输出:[1,null,2,null,3,null,4,null,5,null,6]
示例 2
plaintext 复制代码
输入:root = []
输出:[]
示例 3
plaintext 复制代码
输入:root = [0]
输出:[0]

总结

通过递归方法,我们可以高效地将二叉树展开为单链表。递归展开左右子树,并将左子树连接到右子树的位置,最终实现原地展开。希望这篇题解对大家有所帮助,如果有任何问题,欢迎在评论区留言讨论!

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