数据结构与算法学习笔记(基础班八)---二叉树递归套路

二叉树的递归套路

  • 可以解决面试中绝大多数的二叉树问题尤其是树型dp问题。
  • 本质是利用递归遍历二叉树的便利性。
    1)假设以X节点为头,假设可以向X左树和X右树要任何信息。
    2)在上一步的假设下,讨论以X为头节点的树,得到答案的可能性(最重要)。
    3)列出所有可能性后,确定到底需要向左树和右树要什么样的信息。
    4)把左树信息和右树信息求全集,就是任何一棵子树都需要返回的信息S。
    5)递归函数都返回S,每一棵子树都这么要求。
    6)写代码,在代码中考虑如何把左树的信息和右树信息整合出整棵树的信息。

练习

给定一棵二叉树的头节点head,返回这颗二叉树是不是平衡二叉树

class Solution {
    class  Info{
        boolean balance;
        int h;

        public Info(boolean balance,int h){
            this.balance = balance;
            this.h = h;
        }
    }
    public boolean isBalanced(TreeNode root) {
        return process(root).balance;
    }

    private Info process(TreeNode head){
        if(head == null){
            return new Info(true,0);
        }
        Info leftInfo = process(head.left);
        Info rightInfo = process(head.right);
        int h = Math.max(leftInfo.h,rightInfo.h)+1;
        boolean isBalanced = false;
        if(leftInfo.balance && rightInfo.balance && (Math.abs(rightInfo.h - leftInfo.h))<=1){
            isBalanced = true;
        }

        return new Info(isBalanced,h);
    }
}

给定一棵二叉树的头节点head,返回这颗二叉树是不是搜索二叉树

public class SearchBinaryTree {
    public static boolean isSearchBinaryTree(Node head){
        if(head == null){
            return true;
        }
        return process(head).isSearchTree;
    }

    private static Info process(Node node){
        if(node == null){
            return null;
        }
        Info left = process(node.left);
        Info right = process(node.right);
        // 最小值和最大值
        int max = node.value;
        int min = node.value;
        if(left != null){
            max = Math.max(max,left.max);
            min = Math.min(min,left.min);
        }
        if(right != null){
            max = Math.max(max,right.max);
            min = Math.min(min,right.min);
        }

        // 左树右树是否是搜索二叉树
        boolean isSearchTree = false;
        if((left == null ? true : left.isSearchTree && left.max < node.value)
                && (right == null ? true : right.isSearchTree && right.min > node.value)){
            isSearchTree = true;
        }
        return new Info(isSearchTree,max,min);
    }

    static class Info{
        boolean isSearchTree;
        int max;
        int min;
        public Info(boolean isSearchTree,int max,int min){
            this.isSearchTree = isSearchTree;
            this.max = max;
            this.min = min;
        }
    }

}

给定一棵二叉树的头节点head,返回这颗二叉树中最大的二叉搜索子树的大小

public class SubSearchBinaryTreeSize {
    public static int subSearchBinaryTreeSize(Node head){
        if(head == null){
            return 0;
        }
        return process(head).size;
    }

    private static Info process(Node node){
        if(node == null){
            return null;
        }
        Info left = process(node.left);
        Info right = process(node.right);

        int size = 0;
        int max = node.value;
        int min = node.value;
        // 左树不为空是不是二叉树搜索树
        if(left != null){
            max = Math.max(max,left.max);
            min = Math.min(min,left.min);
        }
        if(right != null){
            max = Math.max(max,right.max);
            min = Math.min(min,right.min);
        }
        boolean isSearchBinaryTree = false;
        if((left == null ? true : left.isSearchBinaryTree && left.max < node.value)
                && (right == null ? true : right.isSearchBinaryTree && right.min > node.value)){
            isSearchBinaryTree = true;
            size = (left == null ? 0 : left.size) + (right == null ? 0 :right.size) + 1;

        }else{
            if(left != null){
                size = Math.max(size,left.size);
            }
            if(right != null){
                size = Math.max(size,right.size);
            }
        }
        return new Info(size,isSearchBinaryTree,max,min);

    }
    
    static class Info{
        // 以X为头结点的树 的最大搜索子树的大小
        public int size;
        public boolean isSearchBinaryTree;
        public int max;
        public int min;
        public Info(int size,boolean isSearchBinaryTree,int max,int min){
            this.size = size;
            this.isSearchBinaryTree = isSearchBinaryTree;
            this.max = max;
            this.min = min;
        }
    }
}

给定一棵二叉树的头节点head,返回这颗二叉树中最大的二叉搜索子树的头节点.


public class SubSearchBinaryTreeHead {
    public static Node subSearchBinaryTreeHead(Node head){
        if(head == null){
            return null;
        }
        return process(head).head;
    }

    private static Info process(Node node){
        if(node == null){
            return null;
        }
        Info left = process(node.left);
        Info right = process(node.right);

        int size = 0;
        int max = node.value;
        int min = node.value;
        // 左树不为空是不是二叉树搜索树
        if(left != null){
            max = Math.max(max,left.max);
            min = Math.min(min,left.min);
        }
        if(right != null){
            max = Math.max(max,right.max);
            min = Math.min(min,right.min);
        }
        Node head = null;
        boolean isSearchBinaryTree = false;
        if((left == null ? true : left.isSearchBinaryTree && left.max < node.value)
                && (right == null ? true : right.isSearchBinaryTree && right.min > node.value)){
            // 如果是二叉搜索树,则最大为此时的头结点
            isSearchBinaryTree = true;
            size = (left == null ? 0 : left.size) + (right == null ? 0 :right.size) + 1;
            head = node;

        }else{
            // 以当前节点为头的不是二叉搜索树
            // 则看左右树谁打
            if(left != null){
                size = Math.max(size,left.size);
                head = left.head;
            }
            if(right != null){
                if(right.size > size){
                    head = right.head;
                }
                size = Math.max(size,right.size);
            }
//            if(left != null && right != null){
//                head = left.size > right.size ? left.head : right.head;
//            }
//            if(left == null && right != null){
//                head = right.head;
//            }
//            if(right == null && left != null){
//                head = left.head;
//            }

        }
        return new Info(size,isSearchBinaryTree,max,min,head);

    }

    static class Info{
        // 以X为头结点的树 的最大搜索子树的大小
        public int size;
        public boolean isSearchBinaryTree;
        public int max;
        public int min;
        public Node head;
        public Info(int size,boolean isSearchBinaryTree,int max,int min,Node head){
            this.size = size;
            this.isSearchBinaryTree = isSearchBinaryTree;
            this.max = max;
            this.min = min;
            this.head = head;
        }
    }
}

判断一个树是否是满二叉树

/**
 * 主要一点 满二叉树满足 2^L -1 == n (L为树的高度,n是树的节点个数)
 */
public class FullBinaryTree {
    public static boolean isFullBinaryTree(Node head){
        if(head == null){
            return true;
        }
        Info res = process(head);
        return ((1 << res.height) - 1) == res.num;
    }

    private static Info process(Node node){
        if(node == null){
            return new Info(0,0);
        }
        Info left = process(node.left);
        Info right = process(node.right);

        int height = Math.max(left.height,right.height) + 1;
        int num = left.num + right.num + 1;
        return new Info(num,height);

    }
   static class Info{
        public int num;
        public int height;
        public Info(int num,int height){
            this.num = num;
            this.height = height;
        }
   }
}

是否为完全二叉树

/**
 * 递归
 * 1.左右子树都是满二叉树,且高度相等
 * 2.左子树是完全二叉树,右子树是满二叉树,且左子树高度=右子树高度+1
 * 3.左子树是一颗满二叉树,右子树也是满二叉树,且左子树高度=右子树+1
 * 4.左子树是一颗满二叉树,右子树是一颗完全二叉树,且左右子树高度相等
 *
 *
 * 非递归
 *1.若有右子树,但是无左子树,则一定不是
 *2.若到某个节点后没有右子树,那么往后的所有节点都是叶子节点
 */

public class CompleteBinaryTree {
    public static boolean isCompleteBinaryTree(Node head){
        if(head == null){
            return true;
        }
        return process(head).isCompleteBinaryTree;
    }

    private static Info process(Node node){
        if(node == null){
            return new Info(true,true,0);
        }

        Info left = process(node.left);
        Info right = process(node.right);
        int height = Math.max(left.height,right.height) + 1;
        // 是否是满二叉树,左边是否为满二叉,右边是否为满二叉树,高度是否相等。
        boolean isFull = left.isFull && right.isFull && left.height == right.height;
        boolean isCompleteBinaryTree = false;
        if(isFull){
            // 如果是一颗满二叉树,则一定是完全二叉树
            isCompleteBinaryTree = true;
        }else{
            if(left.isCompleteBinaryTree && right.isFull && (left.height == right.height + 1)){
                isCompleteBinaryTree = true;
            }
            if(left.isFull && right.isFull && (left.height == right.height + 1)){
                isCompleteBinaryTree = true;
            }
            if(left.isFull && right.isCompleteBinaryTree && (left.height == right.height)){
                isCompleteBinaryTree = true;
            }
        }

        return new Info(isCompleteBinaryTree,isFull,height);

    }


    static class Info{
        // 是否是完全二叉树
        public boolean isCompleteBinaryTree;
        // 是否是满二叉树
        public boolean isFull;
        // 高度
        public int height;
        public Info(boolean isCompleteBinaryTree,boolean isFull,int height){
            this.isCompleteBinaryTree = isCompleteBinaryTree;
            this.isFull = isFull;
            this.height = height;
        }
    }




    // for test
    public static Node generateRandomBST(int maxLevel, int maxValue) {
        return generate(1, maxLevel, maxValue);
    }

    // for test
    public static Node generate(int level, int maxLevel, int maxValue) {
        if (level > maxLevel || Math.random() < 0.5) {
            return null;
        }
        Node head = new Node((int) (Math.random() * maxValue));
        head.left = generate(level + 1, maxLevel, maxValue);
        head.right = generate(level + 1, maxLevel, maxValue);
        return head;
    }

    // 方法二
    public static boolean isCBT1(Node head) {
        if (head == null) {
            return true;
        }
        LinkedList<Node> queue = new LinkedList<>();
        // 是否遇到过左右两个孩子不双全的节点
        boolean leaf = false;
        Node l = null;
        Node r = null;
        queue.add(head);
        while (!queue.isEmpty()) {
            head = queue.poll();
            l = head.left;
            r = head.right;
            if (
                // 如果遇到了不双全的节点之后,又发现当前节点不是叶节点
                    (leaf && (l != null || r != null)) || (l == null && r != null)

            ) {
                return false;
            }
            if (l != null) {
                queue.add(l);
            }
            if (r != null) {
                queue.add(r);
            }
            if (l == null || r == null) {
                leaf = true;
            }
        }
        return true;
    }
}

二叉树中两个节点的最大距离

public class MaxDistance {

    /**
     *
     * 1.与x有关,则最大距离为左子树的高度加上右子树的高度 + 1;
     * 2.与x无关,则为左子树的最大距离,右子树的最大距离,中最大的一个,
     * 3.取1.2中最大值,则为以往前节点为头节点的树的最大距离
     *
     */
    public static int maxDistance(Node head){
        if(head == null){
            return 0;
        }
        return process(head).max;
    }
    private static Info process(Node node){
        if(node == null){
            return new Info(0,0);
        }
        Info left = process(node.left);
        Info right = process(node.right);
        int height = Math.max(left.height,right.height) + 1;
        int max = 0;
        // 与当前节点有关
        max = left.height + right.height + 1;

        // 与当前节点无关
        max = Math.max(Math.max(max,left.max),right.max);

        return new Info(height,max);
    }
    static class Info{
        // 以X为头的🌲的高度
        public int height;
        // 以X为头的最大距离
        public int max;

        public Info(int height,int max){
            this.height = height;
            this.max = max;
        }
    }
}

最大快乐值

public class hh {
    /**
     *1.当前节点来参加,则以当前节点为头的多叉树的快乐值为,当前节点的快乐值加上他其余下级不来时的快乐值总和
     *2.当前节点不来,则,快乐值等于,每个下级来或不来时,快乐值最大的那一种的总和
     *3.因此需要的信息有,X来时的最大快乐值,x不来时的最大快乐值
     */
    public static int maxHappy(Employee boss){
        if(boss == null){
            return 0;
        }
        Info process = process(boss);
        return Math.max(process.no,process.yes);

    }
    private static Info process(Employee employee){
        if(employee == null){
            // 没有这个员工
            // 则来或不来都不会有快乐值
            return new Info(0,0);
        }

        // 多叉树循环求每个子树的信息,再搜集信息,汇总
        List<Employee> subordinates = employee.nexts;
        int yes = employee.happy;
        int no = 0;
        if(subordinates != null){
            for (Employee item : subordinates){
                Info process = process(item);
                // 当前员工来
                yes += process.no;
                no += Math.max(process.no,process.yes);
            }
        }
        return new Info(yes,no);
    }

    static class Info{
        // 来的快乐值
        public int yes;
        // 不来的快乐值
        public int no;

        public Info(int yes,int no){
            this.yes = yes;
            this.no = no;
        }
    }
}

最低公共祖先

public class MinNode {
    public static Node minCommonAncestor(Node head,Node node1,Node node2){
        if(head == null){
            return null;
        }
        return process(head,node1,node2).node;
    }


    private static Info process(Node node,Node node1,Node node2){
        if(node == null){
            // 如果当前节点为空节点
            return  new Info(null,false,false);
        }
        Info left = process(node.left, node1, node2);
        Info right = process(node.right, node1, node2);

        // 以当前节点为头的子树有没有包含node1
        boolean isNode1 = node1 == node || left.isNode1 || right.isNode1;

        boolean isNode2 = node2 == node || left.isNode2 || right.isNode2;

        // 最低公共祖先是哪个节点,
        Node temp = null;
        if(left.node != null){
            temp = left.node;
        }
        if(right.node != null){
            temp = right.node;
        }
        if(temp == null && isNode1 && isNode2){
            temp = node;
        }

    return new Info(temp,isNode1,isNode2);

    }

    static class Info{
        // 当前节点
        public Node node;
        // 当前节点左树上有没有发现公共祖先
        public boolean isNode1;
        // 当前节点右树上有没有发现公共祖先
        public boolean isNode2;

        public Info(Node node,boolean isNode1,boolean isNode2){
            this.node = node;
            this.isNode1 = isNode1;
            this.isNode2 = isNode2;

        }
    }
}
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  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
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  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
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  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
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  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
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  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
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  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
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