二叉树常见问题整理

做leetcode二叉树的题目做了不少，觉得有必要总结一下。因为题型多归多，但其实无非就是dfs和bfs，总结一些常见的解法，对于加深这两周算法的理解很有帮助。
在做dfs的时候，主要思路是可以从上到下也可以从下到上，也就是分析每一个子树的根节点，然后分析该子树的内部子树或者外部子树的根节点，以此得出递归关系，也即是分治的思想。同时，对于每个节点的处理尝试利用前序、后序、中序遍历三种方法。
做bfs的时候，主要思路是从上到下，一层一层进行分析。

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构建二叉树

leetcode 105和106题

1、利用前序和中序遍历构建二叉树。
构建一棵二叉树，如果是通过dfs的方式的话，那么分析每一个子树的根节点，将一个大子树分解成一个一个小的子树，分治下去，也就可以得出递归。
比如，有前序1，2，4，5，3，中序4，2，5，1，3。从前序中，我们可以得出一个条件：当前子树的根节点。
对于整个子树1，2，4，5，3，可以确定，1是该子树根节点，然后去中序中找1，1的左边是4，2，5，右边是3。因为中序的性质是在遍历完左子树后遍历当前根节点，所以说4，2，5就是1为父节点的一个新的子树。去前序中得到一个新的前序+中序数组对：2，4，5； 4，2，5，同理，2是该子树根节点，4是左子树，5在右子树， 以此类推分治递归下去。找到递归关系后，每一层根节点完成当前任务，然后将构建子树的任务交给左右子树递归过程即可。同时，我们思考的过程是从上到下，但程序递归运行的过程是从下到上，这点需要注意。可以写出代码：

TreeNode buildTree(int[] preorder, int[] inorder) {        if (preorder.length != inorder.length) return null;        if (preorder.length ==0) return null;        //完成当前任务，构建当前子树根节点。        TreeNode node = new TreeNode(preorder[0]);        if (preorder.length == 1) return node;        int root = preorder[0];        int leftCount=0;        //找到根节点位置        for (int i =0;i<inorder.length;i++) {            if (inorder[i] == root){                leftCount = i;                break;            }        }        //将新的构建任务递归交下去。        node.left = buildTree(Arrays.copyOfRange(preorder, 1, leftCount+1),Arrays.copyOfRange(inorder,0,leftCount));        node.right = buildTree(Arrays.copyOfRange(preorder, leftCount + 1, preorder.length ), Arrays.copyOfRange(inorder, leftCount + 1, inorder.length ));        return node;    }

2、利用后序和中序构建二叉树。
思路类似，还是先找根节点！可以看到，当前整个子树根节点可以通过后续确定，然后利用中序确定左右子树来分治递归。思路类似。

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构建二叉搜索树 BST

leetcode 108和109题

1、通过有序数组来构建一棵平衡二叉搜索树。

首先，对于一个有序数组，比如1，2，3，4，5，6。这里采用dfs解题。前面说过分析dfs时针对每一个子树的根节点，通过各个子树的根节点来寻找递归关系。
对于BST最上面的子树，根节点就是有序数组最中间的元素，令s = 0，e = 5，那么mid = s +(e-s)/2 = 2。也就是3是整个子树根节点，1，2是左子树内容，4，5，6是右子树内容。对于1，2有s = 0，e = 1，同理mid = 0，也就是1是该子树根节点，2是右子树内容。 以此类推很容易写出递归：

    TreeNode dfs(int s,int e,int[] nums){        if(s > e) return null;        int mid = s + (e-s)/2;        TreeNode root = new TreeNode(nums[mid]);        root.left = dfs(s,mid-1,nums);        root.right = dfs(mid+1,e,nums);        return root;    }

这里，建议画出递归栈，方便理解。在思考递归时，是从上到下思考，由整体到局部，但是程序运行时从下到上的，也就是dfs运行方式。是通过前序遍历的方式，在数组中依次拿出2，1，3，4，5，从下到上构建出BST，构建顺序是dfs的前序方式。

2、通过有序链表来构建一棵平衡二叉搜索树。
链表和数组不同了，数组可以随机访问，而链表只能顺序访问。所以，我们的思路应该是，依次将1，2，3，4，5填到BST的正确位置。利用类似1中的dfs，可以得到下图的递归栈，也就是说这5个符合条件的点就是BST中的点。我们从链表中依次拿出1，2，3，4，5，填入到这个树结构并构造BST。可以看到，对于1，应该填在0->1的位置，2填在1->1的位置，然后3填在0->4，4填在3->4，其实也就是以中序遍历的顺序填进去。这样一来，代码也就出来了：

    TreeNode dfs(int s, int e) {        if (s > e) return null;        int mid = s + (e -s )/2;        TreeNode left = dfs(s, mid - 1);        TreeNode node = new TreeNode(head.val);        head = head.next;        TreeNode right = dfs(mid + 1, e);        node.left = left;        node.right = right;        return node;    }

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可以看到，在构建树或者BST的过程中，找准根节点位置以及填放顺序，来相应处理即可。

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按层级遍历问题

leetcode 102，103，107都是此类问题，此类问题十分简单，可以采用bfs和dfs求解。

将一棵二叉树按层级遍历。

如果使用bfs，遍历完一层后可以得到下一次的全部节点数，在每一次遍历后一次性遍历整个一层即可。
代码类似：

    Queue<TreeNode> queue = new LinkedList<>();    queue.add(root);    while(!queue.isEmpty()){        int size = queue.size();        //利用for循环，一次性遍历一个层级。        for(int i = 0;i<size;i++){            TreeNode cur = queue.poll();            queue.add(cur.left);            queue.add(cur.right);        }    }

如果使用dfs，我们无法保证一个层级的全部节点是同一时刻遍历的，但是可以分时遍历，也就是在dfs中添加一个关于level的参数，将同一level的点加入到结果中。

    dfs(TreeNode root,int level){        if(root == null ) return;        //将当前节点添加到结果中        result.get(level).add(root);        dfs(root.left,level+1);        dfs(root.right,level + 1);    }

可以看到，利用level将节点添加到结果链表相应位置，不管是正序，倒叙还是ZigZag，都是相应计算的事，所以还是比较推荐dfs，简单整洁。