二叉搜索树(BST)

1.二叉搜索树的特性:

1 对于二叉搜索树的每一个节点,其左子树节点的值都不大于该节点的值,右子树节点的值都不小于该节点的值;
2 对于二叉搜索树的每一个节点,其左子树和右子树均为二叉搜索树;

2.二叉搜索树的一条重要性质:

  对BST中序遍历的结果是一个有序、且为升序的结果。这个结论可以用在很多题目上。

例1 LeetCode 230题:BST中第k小的元素

给定一个二叉搜索树的根节点 root ,和一个整数 k ,请你设计一个算法查找其中第 k 个最小元素(从 1 开始计数)。

  分析:利用2所提及的BST的性质即可。因为BST中序遍历的结果是升序排列的,在中序遍历BST的过程中,即可找到第k小的元素。

class Solution {
    
    private int count = 0;
    private int num = Integer.MIN_VALUE;

    public int kthSmallest(TreeNode root, int k) {

        hlp(root, k);
        return num;
    }

    private void hlp(TreeNode node, int k){
        if(node == null) return;
        
        hlp(node.left, k);
        count++;
        if(count == k){
            num = node.val;
            return;
        }

        hlp(node.right, k);
    }
}
3.二叉搜索树之判断合法性 LeetCode 98题:验证BST

  判断BST的合法性即判断某个二叉树是否是BST,满足BST的定义。
  看下面这段代码:

boolean isValidBST(TreeNode node){
    if(node == null) return true;
    if(node.left != null && node.val < node.left.val) return false;
    if(node.right!= null && node.val > node.right.val) return false;

    return isValidBST(node.left) && isValidBST(node.right);
}

  这样写是有问题的,不能节点的值一定比左子树中的值都大,也不能保证比右子树中的值都小。原因是该代码只对节点与其左右节点的值做了约束。而我们需要把最上层的约束也加进去。
  通过构造辅助函数,增加参数,将根节点的约束加进去:

boolean isValidBST(TreeNode node){
    return hlp(node, null, null);
}

// 辅助函数hlp
boolean hlp(TreeNode node, TreeNode min, TreeNode max){
    if(node == null) return true;
    if(min != null && node.val < min.val) return false;
    if(max != null && node.val > max.val) return false;

    return hlp(node.left, min, node) && isValidBST(node.right, node, max);
}
4.在BST中搜索一个数 LeetCode 700题: BST中搜索一个数

分析:利用二叉搜索树的性质,采用类似于二分查找的方法

class Solution {
    public TreeNode searchBST(TreeNode root, int val) {
        if(root == null) return null;

        TreeNode node = null;;

        if(val < root.val){
            node = searchBST(root.left, val);
        }else if(val == root.val){
            node = root;
        }else if(val > root.val){
            node = searchBST(root.right, val);
        }
        return node;
    }
}
5.在BST中插入一个数

分析:利用4中的框架,先找到要插入的位置,再插入。

class Solution {
    public TreeNode insertIntoBST(TreeNode root, int val) {
        if(root == null){
            return new TreeNode(val);
        }

        if(root.val == val){
            return root;
        }else if(root.val < val){
            root.right = insertIntoBST(root.right, val);
        }else{
            root.left = insertIntoBST(root.left, val);
        }

        return root;
    }
}
6.在BST中删除一个数 LeetCode 450题:删除BST中一个数

分析:要删除一个数首先要找到这个数,同样利用4中框架。找到之后,删除要分几种情况:
1 该节点无左右节点,直接删除即可;
2 该节点有右(左)节点,无左(右)节点,此种情况,用右(左)节点替换根节点即可;
3 该节点有左、右节点。此种情况,要保证删除节点后仍是BST,需在左子树中找到最大节点(或在右子树中找到最小节点),将其值赋给根节点,后删除最大(小)节点;

class Solution {
    public TreeNode deleteNode(TreeNode root, int key) {
        if(root == null) return null;

        if(root.val == key){
            if(root.left == null){
                return root.right;
            }
            if(root.right == null){
                return root.left;
            }
            TreeNode lmax = getLMax(root.left);
            root.val = lmax.val;
            root.left = deleteNode(root.left, lmax.val);
        }
        if(root.val < key){
            root.right = deleteNode(root.right, key);
        }
        if(root.val > key){
            root.left = deleteNode(root.left, key);
        }

        return root;
    }

    private TreeNode getLMax(TreeNode node){
        while(node.right != null){
            node = node.right;
        }
        return node;
    }
}
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