二叉树 16 (从前序与后序遍历序列构造二叉树 leetcode 889)

思想

二叉树的核心思想是分治和递归,特点是遍历方式。
解题方式常见两类思路:

  1. 遍历一遍二叉树寻找答案;
  2. 通过分治分解问题寻求答案;

遍历分为前中后序,本质上是遍历二叉树过程中处理每个节点的三个特殊时间点:

  1. 前序是在刚刚进入二叉树节点时执行;
  2. 后序是在将要离开二叉树节点时执行;
  3. 中序是左子树遍历完进入右子树前执行;
# 前序
     1 node
    /      \
 2 left   3 right
中左右
 
# 中序
     2 node
    /      \
 1 left    3 right
左中右
 
# 后序
     3 node
    /      \
 1 left    2 right     
左右中       

多叉树只有前后序列遍历,因为只有二叉树有唯一一次中间节点的遍历

题目的关键就是找到遍历过程中的位置,插入对应代码逻辑实现场景的目的。

实例

从前序与后序遍历序列构造二叉树 leetcode 889

class TreeNode:
    def __init__(self, val=0, left=None, right=None):
        self.val = val
        self.left = left
        self.right = right

输入:
(1)preorder: List[int],前序遍历整数数组
(2)postorder: List[int],后序遍历整数数组

输出:
TreeNode,根据两个遍历数组构建一颗二叉树,返回根节点。

举例:
给定 preorder = [1,2,4,5,3,6,7], postorder = [4,5,2,6,7,3,1]
返回二叉树 [1,2,3,4,5,6,7]

    1                 
   / \               
 2    3         
/ \  / \          
4 5  6  7        

二叉树的数据存储可以使用链表,也可以使用数组,往往数组更容易表达,根节点从 index=1 处开始存储,浪费 index=0 的位置
left_child = 2 * parent
right_child = 2 * parent + 1
parent = child // 2

分治解

基本情境是找到当前构建二叉树的根节点和左右子树,要利用前序和后序遍历的特点。
根节点很容易获得,就是前序遍历当前范围的第一个元素,因为前序遍历是最先遍历当前节点的。

# 前序
root.val | root.left (left_root, ...) | root.right (right_root, ...)

# 后序
root.left (..., left_root) | root.right (..., right_root) | root.val

接着在前序当前根节点的下一个位置获得左子树的根节点,接着在后序中寻找对应元素的位置(题目中没有重复的元素),这样就发现了左右子树的索引边界。

编码


from typing import Optional, List


class TreeNode:
    def __init__(self, val=0, left=None, right=None):
        self.val = val
        self.left = left
        self.right = right


def construct_binary_tree_from_preorder_and_postorder_traversal(preorder: List[int], postorder: List[int]) -> Optional[
    TreeNode]:
    # 记录后序的元素下标
    postorder_dict = {}

    def build(preorder: List[int], prestart: int, preend: int, postorder: List[int], poststart: int, postend: int) -> Optional[TreeNode]:
        # base 条件,返回树子叶的左右 
        if prestart > preend:
            return None
        if prestart == preend:
            return TreeNode(preorder[prestart])
        # 获取 root 和左右子树范围
        root_val = preorder[prestart]
        partition_index = postorder_dict[preorder[prestart + 1]]
        size = partition_index - poststart + 1
        # 构建树
        root = TreeNode(root_val)
        root.left = build(preorder, prestart + 1, prestart + size, postorder, poststart, partition_index)
        root.right = build(preorder, prestart + size + 1, preend, postorder, partition_index + 1, postend - 1)
        return root

    # 获取后序的元素下标位置
    for i in range(len(postorder)):
        postorder_dict[postorder[i]] = i
    return build(preorder, 0, len(preorder) - 1, postorder, 0, len(postorder) - 1)

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