二叉树重建

给定一个前序和中序变量的结果,写一个算法重建这棵树:
前序: a b d c e f中序: d b a e c f
前序遍历的每一个节点,都是当前子树的根节点,同时,以对应的节点为边界,就会把前序遍历的结果分为左子树和右子树。
a是前序中第一个节点,以a为中界,把中序的结果分成:左:db右:ecf
对于db,由于在前序中b在d前面,所以,b是d的父亲。
对于ecf,前序中c在前面,c为父亲,c把e和f分开。

代码:

#include<stack>
#include<queue>
#include<iostream>
using namespace std;

typedef struct Node{
    Node* left;
    Node* right;
    char data;
    Node(char c)
    {
        data=c;
        left=NULL;//很重要
        right=NULL;
    }
    ~Node()
    {
        delete left;//如果left为null,也没问题,delete兼容null
        delete right;
    }
}*BiTree;

#define TREELEN 6

Node* rebuild(char *preOrder,char *inOrder,int n)
{
    if(n==0) return NULL;

    //获得前序遍历的第一个节点
    char c=preOrder[0];
    Node *node=new Node(c); //This is the root node of this tree/sub tree.
     
    int i;
    for( i=0;i<n && inOrder[i]!=c;i++)
            ;
    int  lenL=i; //// the node number of the left child tree.
    int     lenR=n-i-1;//// the node number of the rigth child tree.
                  //为什么减1,因为中间的元素占了一个
     
    if(lenL>0)
        node->left=rebuild(&preOrder[1],&inOrder[0],lenL);
    if(lenR>0)
        node->right=rebuild(&preOrder[lenL+1],&inOrder[lenL+1],lenR);
    return node;
}
void levelOrder(BiTree T)
{
    queue<BiTree> q;
    q.push(T);
    while(!q.empty())
    {
        BiTree h=q.front();q.pop();
        cout<<h->data<<ends;
        if(h->left) q.push(h->left);
        if(h->right) q.push(h->right);
    }
}
int main()
{
    char szPreOrder[TREELEN]={'a','b','d','c','e','f'};
    char szInOrder[TREELEN]={ 'd', 'b','a','e','c','f'};
    Node *result=rebuild(szPreOrder,szInOrder,6);
    
    cout<<endl;
    levelOrder(result);
}

注意当n==0,时,我们要返回
if(n==0) return NULL;不能写成return;否则错误。关键的代码为:由于根节点把左子树和右子树分开了:

if(lenL>0)
        node->left=rebuild(&preOrder[1],&inOrder[0],lenL);
    if(lenR>0)
        node->right=rebuild(&preOrder[lenL+1],&inOrder[lenL+1],lenR);

在建右子树时,我们从preOrder[lenL+1] 开始,因为前面的都是左子树的节点,这点要特别注意。
递归过程:
rebuild(pre[0],in[0],6)`` 第一次建立a节点,lenL=2 ,lenR=3rebuild(pre[1],inorder[0],2)建立节点b,在db中找b,lenL=1,lenR=0;b->left=rebuild(pre[d],inorer[0],1)```
建立节点d,lenL=0;lenR=0;d的左子树和右子树都为空。递归返回。

建立a的右子树
a->right=rebuild(preOrder[3,inOrder[3],3);
参考:http://blog.chinaunix.NET/uid-1844931-id-3033009.html
更多:
http://www.cppblog.com/flyinghearts/archive/2010/08/16/123544.html
非递归:
http://zhangzhibiao02005.blog.163.com/blog/static/37367820201122833633997/

扩展问题1:如果前序和中序遍历的字母有重复的,那么怎么构造所有可能的解呢?
扩展问题2:如何判断给定的前序遍历和中序遍历的结果是合理的?
扩展问题3:如果知道前序和后序的结果,能重构二叉树吗?
思路:
问题1:搜索所有可能的情况,并调用扩展问题2的解决方案,判断此情况是否合理(剪枝操作),如果合法,则构造解
问题2:递归判断左右子树是否合理,递归的返回条件是到达叶子节点。
更多:http://blog.csdn.Netvividonly/article/details/6688327
http://www.wcode.net/plus/view.PHP?aid=704720

递归算法实现,分别遍历左右子树,递归中迭代查找左右子树的长度,类似于书中的方法。

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

bool valid = true;

inline int find(char needle, const char* haystack, int start, int end )
{
    const char* p = haystack + start;
    int i = 0;
    int offset = end - start ;

    while ( p && i < offset )
    {
        if ( *p == needle )
        {
            if ( start != 0 )
                return i + start;
            else
                return i;
        }
        p++, i++;
    }
    return -1;
}

void isValid( const char* preOrder, const char* inOrder, int start, int end )
{
    if ( !valid )
        return ;

    int position = find( *preOrder, inOrder, start,end );
    if ( position == -1 )
    {
        valid = false;
        return ;
    }

    if ( start < position )
    {
        isValid( preOrder + 1, inOrder,start,position ); //在左子树中遍历
    }

    if ( position + 1 < end )
    {
        isValid( preOrder + position + 1, inOrder, position + 1, end ); //在右子树中遍历
    }
}

// Two Simple Test Cases
int main()
{
    string pre1 = "abdefc";
    string mid1 = "dbfeac";

    string pre2 = "abdefc";
    string mid2 = "dcfeab";

    isValid(pre1.c_str(),mid1.c_str(),0,mid1.length());
    cout << valid << endl;    // 输出 true

    valid = true;
    isValid(pre2.c_str(),mid2.c_str(),0,mid2.length());
    cout << valid << endl;   //输出false
    return 0;
}

已知中序和后序,更多:
http://www.cppblog.com/wanghaiguang/archive/2012/05/24/176012.aspx
(下面的这篇来自)http://biaobiaoqi.me/blog/2013/04/27/pat1020-pat1043-rebuild-binary-tree/
背景
《二叉树的遍历(递归、非递归)分析》总结了二叉树不同遍历方式的递归和非递归实现,本文则讨论如何针对不同遍历方式的组合重建二叉树。为了简化问题的考虑,假定二叉树中不会出现重复值。列入考虑范围的有前序、中序、后序、层序遍历这四种的组合。前中后序比较常见,而层序则相对特殊一点了。
PAT 的 1043 和 1020 题是遍历相关的模板题,正好派上用场。
中序+前序
算法描述:
初始:用前序遍历序列确定根节点,在中序遍历序列中找到该根节点,则左右子树分别为中序中该节点左右的序列。

迭代:对各个子树分别执行三步操作,1.在前序序列中找子树的根节点;2。在中序序列中找子树的根节点,并划分开根节点的左右子树;3.根据新生成的左右子树,在前序序列中划分开这些节点,从而得到了两颗子树的前序、中序序列。

练习:PAT1043:Is It a Binary Search Tree
题意:
输入一个树的前序遍历序列,判定这个树是否是二叉搜索树或者 BST 的镜像树,如果是,则用后序序列输出。
解题思路:
1.BST 很特殊,实质上 BST 的所有节点的顺序排列就是中序遍历了。

2.要检查树是否是 BST 或者镜像 BST,只需按照重建树的思路,在每次重建的过程中做适当检查即可。检查思路是:检查前序遍历序列中,根节点之后的节点排序是否符合 BST 的二分规则(即前一段都是小于根节点的,后一段都是大于根节点的)。

3.最后的输出是后序遍历。过程中其实并不用构建整个树,直接在处理过程中,按后序的方式存储节点到队列中即可。

有了这些考虑,就可以写出代码啦。详细解题代码见链接 PAT1043
中序+后序
算法描述:
初始:用后序遍历序列确定根节点,在中序遍历序列中找到该根节点,则左右子树分别为中序中该节点左右的序列。

迭代:对各个子树分别执行三步操作,1.在后序序列中找子树的根节点;2。在中序序列中找子树的根节点,并划分开根节点的左右子树;3.根据新生成的左右子树,在后序序列中划分开这些节点,从而得到了两颗子树的后序、中序序列。

练习:PAT1020:Tree Traversals
题意:
输入为一棵二叉树的后序遍历序列和中序遍历序列。求树的前序遍历序列。
解题思路:
1.有了中序和后序,就能重建树。

2.最后的输出是层序遍历。过程中其实并不用构建整个树。直接在处理过程中,按层序的方式存储节点到队列中即可。

详细解题代码见链接 PAT1020
中序+层序
算法描述:
初始:用层序遍历确定顶节点,在中序遍历中,利用顶节点划分出左右子树。

迭代:对各个子树分别执行三步操作,1.在层序序列中,找出子树节点集合中,最靠前的节点,这个节点即为子树的顶节点;2.在中序序列中找 1 中得到的顶节点,并划分开顶节点的左右子树;

跟(中序+前序)和(中序+后序)不同之处在于没有迭代的第 3 步,层序是无法直接划分得到左右子树的节点集合的。但这并不妨碍正常的处理。层序是用来找到子树的顶节点的,而顶节点即是所有子树的节点中,在层序遍历中最靠前的节点。

前序+后序
这个组合是无法重建确定的二叉树的。
对于满二叉树,利用子树节点的排列顺序能区分开左右子树节点集合,构建是没有问题的。但一旦有单个叶子的节点存在,则无法确定叶子是左儿子还是右儿子。因为无论是前序还是后序序列,都无法体现单个儿子情况下,儿子的位置。前序会将左右子树的点置于节点之后,后序则是将左右子树的点置于节点之前。
举个简单的反例:

给出如下的前序序列和后序序列: preorder: A, B; postorder: B, A
能构建的二叉树有两种可能,1.A 是根节点,B 是 A 左儿子; 2.A 是根节点, B 是 A 的右儿子。无法得到一个唯一的结果。

前序+层序
这个组合也是无法重建确定的二叉树的。同样于后序+层序的情况。
道理跟(前序+后序)的道理一样,无论是前序、后序,还是层序,都是无法确定单个儿子节点情况下儿子节点的顺序。
总结
中序遍历配合另外任何一个遍历,能重建二叉树。其他的任意两个序列的组合都不能唯一的确定重建的二叉树。

本文出自:http://www.cnblogs.com/youxin/p/3288261.html

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