背景
《二叉树的遍历(递归、非递归)分析》总结了二叉树不同遍历方式的递归和非递归实现,本文则讨论如何针对不同遍历方式的组合重建二叉树。为了简化问题的考虑,假定二叉树中不会出现重复值。列入考虑范围的有前序、中序、后序、层序遍历这四种的组合。前中后序比较常见,而层序则相对特殊一点了。
PAT 的 1043 和 1020 题是遍历相关的模板题,正好派上用场。
中序+前序
算法描述:
初始:用前序遍历序列确定根节点,在中序遍历序列中找到该根节点,则左右子树分别为中序中该节点左右的序列。
迭代:对各个子树分别执行三步操作,1.在前序序列中找子树的根节点;2。在中序序列中找子树的根节点,并划分开根节点的左右子树;3.根据新生成的左右子树,在前序序列中划分开这些节点,从而得到了两颗子树的前序、中序序列。
练习:PAT1043:Is It a Binary Search Tree
题意:
输入一个树的前序遍历序列,判定这个树是否是二叉搜索树或者 BST 的镜像树,如果是,则用后序序列输出。
解题思路:
1.BST 很特殊,实质上 BST 的所有节点的顺序排列就是中序遍历了。
2.要检查树是否是 BST 或者镜像 BST,只需按照重建树的思路,在每次重建的过程中做适当检查即可。检查思路是:检查前序遍历序列中,根节点之后的节点排序是否符合 BST 的二分规则(即前一段都是小于根节点的,后一段都是大于根节点的)。
3.最后的输出是后序遍历。过程中其实并不用构建整个树,直接在处理过程中,按后序的方式存储节点到队列中即可。
有了这些考虑,就可以写出代码啦。详细解题代码见链接 PAT1043
中序+后序
算法描述:
初始:用后序遍历序列确定根节点,在中序遍历序列中找到该根节点,则左右子树分别为中序中该节点左右的序列。
迭代:对各个子树分别执行三步操作,1.在后序序列中找子树的根节点;2。在中序序列中找子树的根节点,并划分开根节点的左右子树;3.根据新生成的左右子树,在后序序列中划分开这些节点,从而得到了两颗子树的后序、中序序列。
练习:PAT1020:Tree Traversals
题意:
输入为一棵二叉树的后序遍历序列和中序遍历序列。求树的前序遍历序列。
解题思路:
1.有了中序和后序,就能重建树。
2.最后的输出是层序遍历。过程中其实并不用构建整个树。直接在处理过程中,按层序的方式存储节点到队列中即可。
详细解题代码见链接 PAT1020
中序+层序
算法描述:
初始:用层序遍历确定顶节点,在中序遍历中,利用顶节点划分出左右子树。
迭代:对各个子树分别执行三步操作,1.在层序序列中,找出子树节点集合中,最靠前的节点,这个节点即为子树的顶节点;2.在中序序列中找 1 中得到的顶节点,并划分开顶节点的左右子树;
跟(中序+前序)和(中序+后序)不同之处在于没有迭代的第 3 步,层序是无法直接划分得到左右子树的节点集合的。但这并不妨碍正常的处理。层序是用来找到子树的顶节点的,而顶节点即是所有子树的节点中,在层序遍历中最靠前的节点。
前序+后序
这个组合是无法重建确定的二叉树的。
对于满二叉树,利用子树节点的排列顺序能区分开左右子树节点集合,构建是没有问题的。但一旦有单个叶子的节点存在,则无法确定叶子是左儿子还是右儿子。因为无论是前序还是后序序列,都无法体现单个儿子情况下,儿子的位置。前序会将左右子树的点置于节点之后,后序则是将左右子树的点置于节点之前。
- 举个简单的反例:
给出如下的前序序列和后序序列: preorder: A, B; postorder: B, A
能构建的二叉树有两种可能,1.A 是根节点,B 是 A 左儿子; 2.A 是根节点, B 是 A 的右儿子。无法得到一个唯一的结果。
前序+层序
这个组合也是无法重建确定的二叉树的。同样于后序+层序的情况。
道理跟(前序+后序)的道理一样,无论是前序、后序,还是层序,都是无法确定单个儿子节点情况下儿子节点的顺序。
总结
- 中序遍历配合另外任何一个遍历,能重建二叉树。其他的任意两个序列的组合都不能唯一的确定重建的二叉树。