《数据结构风云》递归算法:二叉树遍历的精髓实现


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⏳"人理解迭代,神理解递归。"


文章目录


引言

  代码修行路上,你是否曾为盘根错节的二叉树所困?今日,我便传你一门无上法门------递归分神之术。

  此法看似玄奥,实则暗合天道。面对复杂树结构,只需一剑化三清:本尊镇守当前,分神各巡左右。如此层层分化,直至洞悉所有脉络。

  修得此术,任他树中有树、套中有套,你自能一眼洞穿虚实。三式法诀,助你练就火眼金睛,识破万千子树真伪。

》--获取源码--点我《


一、单值二叉树

--965. 单值二叉树

1.目标特征描述:什么单值二叉树

2.目标实现示例:

3.算法思路:

先对简单二叉树进行算法推理,再推广到整体。

  递归规则:先递进再返回。

  递进:首先从根节点root开始,左子树如果存在先对左子树匹配判断:若二者数值不相等,就返回false,反之继续对右子树进行判断:二者数值不相等,返回false。当然,根节点为空返回true。推广到整体,就遍历左右子树判断。

  返回:整个二叉树已经递进判断完毕,要对函数从最后开始返回:看图示,第2节点的左右子节点(&&的和关系)为空,那么都返回true,代表这个子树是单值的。右子树第3节点也是单值的。那么根节点的两个子树就都返回true(&&的和关系),代表整体是单值二叉树。

3.1 具体代码实现

c 复制代码
/**
 * Definition for a binary tree node.
 * struct TreeNode {
 *     int val;
 *     struct TreeNode *left;
 *     struct TreeNode *right;
 * };
 */
bool isUnivalTree(struct TreeNode* root) 
{
    //首先判断树是否为空
    if(root == NULL)
    {
        return true;
    }

    //存在左子树再匹配
    if(root->left && root->val != root->left->val)
    {
        return false;
    }

    if(root->right && root->val != root->right->val)
    {
        return false;
    }

    return isUnivalTree(root->left) && isUnivalTree(root->right);
}
  • 时间复杂度: O(N);
  • 空间复杂度: O(N);

二、相同的树

--100. 相同的树

1.目标特征描述:什么是相同的树

2.目标实现示例



3.算法思路

情况分类 两根节点情况 结果
1 两个根节点都为空 是相同的树
2 一个根节点为空,另一个不为空 不是相同的树
3 两个根节点都不为空 比较节点数值进一步判断

  --根据函数递归规则:

  递进:从两个树根节点进行对比,第1种情况两个根节点都为空(代表没有子节点)就返回true;第2种情况一个根节点为空,另一个根节点不为空,两个树的结构不同,就返回false;第3种情况两个根节点都不为空,那么就要判断两个节点的数值,不相等就返回false。最后开始调用函数对比二者的左右子树。

  返回:从函数的最后开始返回。看图示,从二者的第2个节点的左右子树开始对比,左右节点都为空返回true(&&的和关系),代表两个二叉树的第2节点为根节点子树为相同的树。同理,二者的以第3个节点为根节点的子树也是相同的树。以此类推,根节点的左右子树都是相同的树(&&的关系),代表两个二叉树为相同的二叉树。

3.1 具体代码实现

c 复制代码
/**
 * Definition for a binary tree node.
 * struct TreeNode {
 *     int val;
 *     struct TreeNode *left;
 *     struct TreeNode *right;
 * };
 */
bool isSameTree(struct TreeNode* p, struct TreeNode* q) 
{
    //两个根节点都为空-->结构相同
    if(p == NULL && q == NULL)
    {
        return true;
    } 

    //只有一个根节点为空-->结构不同
    if(p == NULL || q == NULL)
    {
        return false;
    }   

    //两个根节点都不为空,但值不相等
    if(p->val != q->val)
    {
        return false;
    }

    //否则继续遍历判断子树
    return isSameTree(p->left, q->left) && isSameTree(p->right, q->right);
}

三、另一棵树的子树

--572. 另一棵树的子树

1.目标特征描述

2.目标实现示例

3.算法思路

  基本算法:首先,如果根节点为空,就不需要与目标树再进行对比。不为空,就利用前面实现的判断是否是相同的树接口进行判断。不匹配,就调用函数遍历子树(注意:当左子树匹配成功,就不需要再对右子树进行判断 )。

3.1 具体代码实现

c 复制代码
/**
 * Definition for a binary tree node.
 * struct TreeNode {
 *     int val;
 *     struct TreeNode *left;
 *     struct TreeNode *right;
 * };
 */

typedef struct TreeNode TreeNode;
bool isSametree(TreeNode* p, TreeNode* q)
{
    //第1种情况,两个书都为空
    if(p == NULL && q == NULL)
    {
        return true;
    }

    //第2种情况,其中1个根节点为空
    if(p == NULL || q == NULL)
    {
        return false;
    }

    //第3种情况,2个根节点存在,但是数值不相同
    if(p->val != q->val)
    {
        return false;
    }

    //数值相同,向下进行调用函数判断子树
    return isSametree(p->left, q->left) && isSametree(p->right, q->right);
}

bool isSubtree(struct TreeNode* root, struct TreeNode* subRoot) 
{
    if(root == NULL)
    {
        return false;
    }

    //调用判断最开始时根节点是否匹配
    if(isSametree(root, subRoot))
    {
        return true;
    }    

    //根节点不匹配,向下递归调用
    return isSubtree(root->left, subRoot) || isSubtree(root->right,subRoot);
}

四、对称二叉树

--101. 对称二叉树

1.目标特征描述

2.目标实现示例

3.算法思路

  首先根节点为空,代表树为空,一定是对称的。不为空,将根节点的左右子树判断结构是否对称------>改变一下前面实现相同的树的接口:return isSametree(p->left, q->right) && isSametree(p->right, q->left);,因为让左右对应进行对比。

  如果函数判断后,返回的false,那么就直接返回false。

3.1 具体代码实现

c 复制代码
/**
 * Definition for a binary tree node.
 * struct TreeNode {
 *     int val;
 *     struct TreeNode *left;
 *     struct TreeNode *right;
 * };
 */

typedef struct TreeNode TreeNode;
bool isSametree(TreeNode* p, TreeNode*q)
{
    //根节点都为空
    if(p == NULL && q == NULL)
    {
        return true;
    }

    //一个根节点为空
    if(p == NULL || q == NULL)
    {
        return false;
    }

    //不为空,但是数值不同
    if(p->val != q->val)
    {
        return false;
    }

    //以上均不满足,代表这两个节点相同,遍历子树继续判断
    return isSametree(p->left, q->right) && isSametree(p->right, q->left);
}
 
bool isSymmetric(struct TreeNode* root)
{
    //树为空
    if(root == NULL)
    {
        return true;
    }

    //树不为空,将左右子树进行对比,看结构是否对称
    if(isSametree(root->left, root->right))
    {
        return true;
    }
    return false;
}

总结

道阻且长,行则将至

  四大递归心法已传授完毕,但这只是算法修真的起点。递归分神的精髓,将在后续的图论、动态规划等秘境中继续发挥威力。

  保持这份求道之心,我们下期「回溯秘境」再会!

  愿每一位码农修行者,都能在算法之道上突破自我。

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