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+ > 构造二叉搜索树,一不小心就平衡了
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- ## 思路
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+ # 108.将有序数组转换为二叉搜索树
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- 要考率 和 普通数组转成二叉树有什么差别
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+ 将一个按照升序排列的有序数组,转换为一棵高度平衡二叉搜索树。
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- 注意这里是构造平衡二叉搜索树,其实 这里不用强调,因为数组构造二叉树,构成平衡树是自然而然的事情,因为大家默认都是从中间取值,不可能随机取,自找麻烦
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+ 本题中,一个高度平衡二叉树是指一个二叉树每个节点 的左右两个子树的高度差的绝对值不超过 1。
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- 一想 这道题目还是有难度的,
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+ 示例:
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- 一定是递归 分治
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+ ![ 108.将有序数组转换为二叉搜索树 ] ( https://img-blog.csdnimg.cn/20201022164420763.png )
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- 循环不变量 的题目列表
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+ # 思路
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- 注意答案不是唯一的
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+ 做这道题目之前大家可以了解一下这几道:
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- 输入:[ -10,-3,0,5,9]
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- 输出:[ 0,-10,5,null,-3,null,9]
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- 预期结果:[ 0,-3,9,-10,null,5]
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+ * [ 106.从中序与后序遍历序列构造二叉树] ( https://mp.weixin.qq.com/s/7r66ap2s-shvVvlZxo59xg )
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+ * [ 654.最大二叉树] ( https://mp.weixin.qq.com/s/1iWJV6Aov23A7xCF4nV88w ) 中其实已经讲过了,如果根据数组构造一颗二叉树。
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+ * [ 701.二叉搜索树中的插入操作] ( https://mp.weixin.qq.com/s/lwKkLQcfbCNX2W-5SOeZEA )
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+ * [ 450.删除二叉搜索树中的节点] ( https://mp.weixin.qq.com/s/-p-Txvch1FFk3ygKLjPAKw )
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+
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+
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+ 进入正题:
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+
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+ 题目中说要转换为一棵高度平衡二叉搜索树。这和转换为一棵普通二叉搜索树有什么差别呢?
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+
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+ 其实这里不用强调平衡二叉搜索树,数组构造二叉树,构成平衡树是自然而然的事情,因为大家默认都是从数组中间位置取值作为节点元素,一般不会随机取,** 所以想构成不平衡的二叉树是自找麻烦** 。
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+
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+
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+ 在[ 二叉树:构造二叉树登场!] ( https://mp.weixin.qq.com/s/7r66ap2s-shvVvlZxo59xg ) 和[ 二叉树:构造一棵最大的二叉树] ( https://mp.weixin.qq.com/s/1iWJV6Aov23A7xCF4nV88w ) 中其实已经讲过了,如果根据数组构造一颗二叉树。
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+
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+ ** 本质就是寻找分割点,分割点作为当前节点,然后递归左区间和右区间** 。
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+
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+ 本题其实要比[ 二叉树:构造二叉树登场!] ( https://mp.weixin.qq.com/s/7r66ap2s-shvVvlZxo59xg ) 和 [ 二叉树:构造一棵最大的二叉树] ( https://mp.weixin.qq.com/s/1iWJV6Aov23A7xCF4nV88w ) 简单一些,因为有序数组构造二叉搜索树,寻找分割点就比较容易了。
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+
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+ 分割点就是数组中间位置的节点。
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+
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+ 那么为问题来了,如果数组长度为偶数,中间节点有两个,取哪一个?
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+
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+ 取哪一个都可以,只不过构成了不同的平衡二叉搜索树。
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+
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+ 例如:输入:[ -10,-3,0,5,9]
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+
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+ 如下两棵树,都是这个数组的平衡二叉搜索树:
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+
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+ <img src =' ../pics/108.将有序数组转换为二叉搜索树.png ' width =600 > </img ></div >
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+
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+ 如果要分割的数组长度为偶数的时候,中间元素为两个,是取左边元素 就是树1,取右边元素就是树2。
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+
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+ ** 这也是题目中强调答案不是唯一的原因。 理解这一点,这道题目算是理解到位了** 。
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+
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+ ## 递归
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+
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+ 递归三部曲:
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+
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+ * 确定递归函数返回值及其参数
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+
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+ 删除二叉树节点,增加二叉树节点,都是用递归函数的返回值来完成,这样是比较方便的。
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+
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+ 相信大家如果仔细看了[ 二叉树:搜索树中的插入操作] ( https://mp.weixin.qq.com/s/lwKkLQcfbCNX2W-5SOeZEA ) 和[ 二叉树:搜索树中的删除操作] ( https://mp.weixin.qq.com/s/-p-Txvch1FFk3ygKLjPAKw ) ,一定会对递归函数返回值的作用深有感触。
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+
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+ 那么本题要构造二叉树,依然用递归函数的返回值来构造中节点的左右孩子。
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+
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+ 再来看参数,首先是传入数组,然后就是左下表left和右下表right,我们在[ 二叉树:构造二叉树登场!] ( https://mp.weixin.qq.com/s/7r66ap2s-shvVvlZxo59xg ) 中提过,在构造二叉树的时候尽量不要重新定义左右区间数组,而是用下表来操作原数组。
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+
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+ 所以代码如下:
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+
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+ ```
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+ // 左闭右闭区间[left, right]
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+ TreeNode* traversal(vector<int>& nums, int left, int right)
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+ ```
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+
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+ 这里注意,** 我这里定义的是左闭右闭区间,在不断分割的过程中,也会坚持左闭右闭的区间,这又涉及到我们讲过的循环不变量** 。
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+
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+ 在[ 二叉树:构造二叉树登场!] ( https://mp.weixin.qq.com/s/7r66ap2s-shvVvlZxo59xg ) ,[ 35.搜索插入位置] ( https://mp.weixin.qq.com/s/fCf5QbPDtE6SSlZ1yh_q8Q ) 和[ 59.螺旋矩阵II] ( https://mp.weixin.qq.com/s/KTPhaeqxbMK9CxHUUgFDmg ) 都详细讲过循环不变量。
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+
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+
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+ * 确定递归终止条件
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+
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+ 这里定义的是左闭右闭的区间,所以当区间 left > right的时候,就是空节点了。
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+
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+ 代码如下:
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+
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+ ```
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+ if (left > right) return nullptr;
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+ ```
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+
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+ * 确定单层递归的逻辑
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+
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+ 首先取数组中间元素的位置,不难写出` int mid = (left + right) / 2; ` ,** 这么写其实有一个问题,就是数值越界,例如left和right都是最大int,这么操作就越界了,在[ 二分法] ( https://mp.weixin.qq.com/s/fCf5QbPDtE6SSlZ1yh_q8Q ) 中尤其需要注意!**
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+
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+ 所以可以这么写:` int mid = left + ((right - left) / 2); `
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+
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+ 但本题leetcode的测试数据并不会越界,所以怎么写都可以。但需要有这个意识!
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+
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+ 取了中间位置,就开始以中间位置的元素构造节点,代码:` TreeNode* root = new TreeNode(nums[mid]); ` 。
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+
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+ 接着划分区间,root的左孩子接住下一层左区间的构造节点,右孩子接住下一层右区间构造的节点。
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+
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+ 最后返回root节点,单层递归整体代码如下:
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+
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+ ```
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+ int mid = left + ((right - left) / 2);
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+ TreeNode* root = new TreeNode(nums[mid]);
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+ root->left = traversal(nums, left, mid - 1);
106
+ root->right = traversal(nums, mid + 1, right);
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+ return root;
108
+ ```
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+
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+ 这里` int mid = left + ((right - left) / 2); ` 的写法相当于是如果数组长度为偶数,中间位置有两个元素,取靠左边的。
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+
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+ * 递归整体代码如下:
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```
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class Solution {
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private:
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TreeNode* traversal(vector<int>& nums, int left, int right) {
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118
if (left > right) return nullptr;
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- int mid = ( left + right) / 2; // 注意越界
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+ int mid = left + (( right - left ) / 2);
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TreeNode* root = new TreeNode(nums[mid]);
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121
root->left = traversal(nums, left, mid - 1);
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root->right = traversal(nums, mid + 1, right);
@@ -36,3 +130,68 @@ public:
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};
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```
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+ ** 注意:在调用traversal的时候为什么传入的left和right为什么是0和nums.size() - 1,因为定义的区间为左闭右闭** 。
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+
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+
136
+ ## 迭代法
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+
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+ 迭代法可以通过三个队列来模拟,一个队列放遍历的节点,一个队列放左区间下表,一个队列放右区间下表。
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+
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+ 模拟的就是不断分割的过程,C++代码如下:(我已经详细注释)
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+
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+ ```
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+ class Solution {
144
+ public:
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+ TreeNode* sortedArrayToBST(vector<int>& nums) {
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+ if (nums.size() == 0) return nullptr;
147
+
148
+ TreeNode* root = new TreeNode(0); // 初始根节点
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+ queue<TreeNode*> nodeQue; // 放遍历的节点
150
+ queue<int> leftQue; // 保存左区间下表
151
+ queue<int> rightQue; // 保存右区间下表
152
+ nodeQue.push(root); // 根节点入队列
153
+ leftQue.push(0); // 0为左区间下表初始位置
154
+ rightQue.push(nums.size() - 1); // nums.size() - 1为右区间下表初始位置
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+
156
+ while (!nodeQue.empty()) {
157
+ TreeNode* curNode = nodeQue.front();
158
+ nodeQue.pop();
159
+ int left = leftQue.front(); leftQue.pop();
160
+ int right = rightQue.front(); rightQue.pop();
161
+ int mid = left + ((right - left) / 2);
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+
163
+ curNode->val = nums[mid]; // 将mid对应的元素给中间节点
164
+
165
+ if (left <= mid - 1) { // 处理左区间
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+ curNode->left = new TreeNode(0);
167
+ nodeQue.push(curNode->left);
168
+ leftQue.push(left);
169
+ rightQue.push(mid - 1);
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+ }
171
+
172
+ if (right >= mid + 1) { // 处理右区间
173
+ curNode->right = new TreeNode(0);
174
+ nodeQue.push(curNode->right);
175
+ leftQue.push(mid + 1);
176
+ rightQue.push(right);
177
+ }
178
+ }
179
+ return root;
180
+ }
181
+ };
182
+ ```
183
+
184
+ # 总结
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+
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+ ** 在[ 二叉树:构造二叉树登场!] ( https://mp.weixin.qq.com/s/7r66ap2s-shvVvlZxo59xg ) 和 [ 二叉树:构造一棵最大的二叉树] ( https://mp.weixin.qq.com/s/1iWJV6Aov23A7xCF4nV88w ) 之后,我们顺理成章的应该构造一下二叉搜索树了,一不小心还是一棵平衡二叉搜索树** 。
187
+
188
+ 其实思路也是一样的,不断中间分割,然后递归处理左区间,右区间,也可以说是分治。
189
+
190
+ 此时相信大家应该对通过递归函数的返回值来增删二叉树很熟悉了,这也是常规操作。
191
+
192
+ 在定义区间的过程中我们又一次强调了循环不变量的重要性。
193
+
194
+ 最后依然给出迭代的方法,其实就是模拟取中间元素,然后不断分割去构造二叉树的过程。
195
+
196
+ ** 就酱,如果对你有帮助的话,也转发给身边需要的同学吧!**
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