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通过先序遍历和中序遍历后的序列还原二叉树

[日期:2017-10-19] 来源:Linux社区  作者:caijh [字体: ]

当我们有一个

先序遍历序列:1,3,7,9,5,11

中序遍历序列:9,7,3,1,5,11

我们可以很轻松的用笔写出对应的二叉树。但是用代码又该如何实现?

下面我们来简单谈谈基本思想。

首先,先序遍历的顺序是根据 根-左孩子-右孩子 的顺序遍历的,那么我们可以率先确认的是先序遍历序列的第一个数就是根节点,然后中序遍历是根据 左孩子-根-右孩子 的顺序遍历的。我们通过先序遍历确认了根节点,那么我们只需要在中序遍历中找到根节点的位置,然后就可以很好地区分出,那些属于左子树的节点,那些是属于右子树的节点了。如下图:

我们确定数字1为根节点,然后根据中序遍历的遍历顺序确定,中序遍历序列中数字1的左边全部为左子树节点,右边全部为右子树。通过左子树节点的个数,得出先序遍历序列中从根节点往后的连续3个数是属于左子树的,剩下的为右子树。这样再在左右子树的序列中重复以上步骤,最终找到没有子节点为止。

通过先序遍历和中序遍历后的序列还原二叉树

实现代码如下:

package com.tree.traverse;

import Java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * @author Caijh
 *
 * 2017年6月2日 下午7:21:10
 */

public class BuildTreePreOrderInOrder {

    /**
    *              1
    *            / \
    *            3  5
    *          /    \
    *          7      11
    *      / 
    *      9     
    */ 
    public static int treeNode = 0;//记录先序遍历节点的个数
    private List<Node> nodeList = new ArrayList<>();//层次遍历节点的队列
    public static void main(String[] args) {
        BuildTreePreOrderInOrder build = new BuildTreePreOrderInOrder();
        int[] preOrder = { 1, 3, 7, 9, 5, 11};
        int[] inOrder = { 9, 7, 3, 1, 5, 11};
       
        treeNode = preOrder.length;//初始化二叉树的节点数
        Node root = build.buildTreePreOrderInOrder(preOrder, 0, preOrder.length - 1, inOrder, 0, preOrder.length - 1);
        System.out.print("先序遍历:");
        build.preOrder(root);
        System.out.print("\n中序遍历:");
        build.inOrder(root);
        System.out.print("\n原二叉树:\n");
        build.prototypeTree(root);
    }

    /**
    * 分治法
    * 通过先序遍历结果和中序遍历结果还原二叉树
    * @param preOrder    先序遍历结果序列
    * @param preOrderBegin    先序遍历起始位置下标
    * @param preOrderEnd    先序遍历末尾位置下标
    * @param inOrder    中序遍历结果序列
    * @param inOrderBegin    中序遍历起始位置下标
    * @param inOrderEnd    中序遍历末尾位置下标
    * @return
    */
    public Node buildTreePreOrderInOrder(int[] preOrder, int preOrderBegin, int preOrderEnd, int[] inOrder, int inOrderBegin, int inOrderEnd) {
        if (preOrderBegin > preOrderEnd || inOrderBegin > inOrderEnd) {
            return null;
        }
        int rootData = preOrder[preOrderBegin];//先序遍历的第一个字符为当前序列根节点
        Node head = new Node(rootData);
        int divider = findIndexInArray(inOrder, rootData, inOrderBegin, inOrderEnd);//找打中序遍历结果集中根节点的位置
        int offSet = divider - inOrderBegin - 1;//计算左子树共有几个节点,节点数减一,为数组偏移量
        Node left = buildTreePreOrderInOrder(preOrder, preOrderBegin + 1, preOrderBegin + 1 + offSet, inOrder, inOrderBegin,inOrderBegin + offSet);
        Node right = buildTreePreOrderInOrder(preOrder, preOrderBegin + offSet + 2, preOrderEnd, inOrder, divider + 1, inOrderEnd);
        head.left = left;
        head.right = right;
        return head;
    }
    /**
    * 通过先序遍历找到的rootData根节点,在中序遍历结果中区分出:中左子树和右子树
    * @param inOrder    中序遍历的结果数组
    * @param rootData    根节点位置
    * @param begin    中序遍历结果数组起始位置下标
    * @param end    中序遍历结果数组末尾位置下标
    * @return return中序遍历结果数组中根节点的位置
    */
    public int findIndexInArray(int[] inOrder, int rootData, int begin, int end) {
        for (int i = begin; i <= end; i++) {
            if (inOrder[i] == rootData)
                return i;
        }
        return -1;
    }
    /**
    * 二叉树先序遍历结果
    * @param n
    */
    public void preOrder(Node n) {
        if (n != null) {
            System.out.print(n.val + ",");
            preOrder(n.left);
            preOrder(n.right);
        }
    }
    /**
    * 二叉树中序遍历结果
    * @param n
    */
    public void inOrder(Node n) {
        if (n != null) {
            inOrder(n.left);
            System.out.print(n.val + ",");
            inOrder(n.right);
        }
    }
    /**
    * 还原后的二叉树
    * 二叉数层次遍历
    * 基本思想:
    *    1.因为推导出来的二叉树是保存在Node类对象的子对象里面的,(类似于C语言的结构体)如果通过递归实现层次遍历的话,不容易实现
    *    2.这里采用List队列逐层保存Node对象节点的方式实现对二叉树的层次遍历输出
    *    3.如果父节点的位置为i,那么子节点的位置为,2i 和 2i+1;依据这个规律逐层遍历,通过保存的父节点,找到子节点。并保存,不断向下遍历保存。
    * @param tree
    */
    public void prototypeTree(Node tree){
        //用list存储层次遍历的节点
        if(tree !=null){
            if(tree!=null)
                nodeList.add(tree);
            nodeList.add(tree.left);
            nodeList.add(tree.right);
            int count=3;
            //从第三层开始
            for(int i=3;count<treeNode;i++){
                //第i层第一个子节点的父节点的位置下标
                int index = (int) Math.pow(2, i-1-1)-1;
                /**
                * 二叉树的每一层节点数遍历
                * 因为第i层的最大节点数为2的i-1次方个,
                */
                for(int j=1;j<=Math.pow(2, i-1);){
                    //计算有效的节点的个数,和遍历序列的总数做比较,作为判断循环结束的标志
                    if(nodeList.get(index).left!=null)
                        count++;
                    if(nodeList.get(index).right!=null)
                        count++;
                    nodeList.add(nodeList.get(index).left);
                    nodeList.add(nodeList.get(index).right);
                    index++;
                    if(count>=treeNode)//当所有有效节点都遍历到了就结束遍历
                        break;
                    j+=2;//每次存储两个子节点,所以每次加2
                }
            }
            int flag=0,floor=1;
            for(Node node:nodeList){
                if(node!=null)
                    System.out.print(node.val+" ");
                else
                    System.out.print("# ");//#号表示空节点
                flag++;
                /**
                * 逐层遍历输出二叉树
                *
                */
                if(flag>=Math.pow(2, floor-1)){
                    flag=0;
                    floor++;
                    System.out.println();
                }
            }
        }
    }
    /**
    * 内部类
    * 1.每个Node类对象为一个节点,
    * 2.每个节点包含根节点,左子节点和右子节点
    */
    class Node {
        Node left;
        Node right;
        int val;
        public Node(int val) {
            this.val = val;
        }
    }
}

运行结果:

最后逐层输出二叉树的基本思想:
* 1.因为推导出来的二叉树是保存在Node类对象的子对象里面的,(类似于c语言的结构体)如果通过递归实现层次遍历的话,不容易实现
* 2.这里采用List队列逐层保存Node对象节点的方式实现对二叉树的层次遍历输出
* 3.如果父节点的位置为i,那么子节点的位置为,2i 和 2i+1;依据这个规律逐层遍历,通过保存的父节点,找到子节点。并保存,不断向下遍历保存。

通过先序遍历和中序遍历后的序列还原二叉树

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