数据结构与算法：二叉树（前中后三种遍历的递归和非递归原理和板子、判断是否为搜索二叉树BST、完全二叉树、满二叉树、平衡二叉树）

二叉树递归遍历原理

递归序

很有意思的一个全新的角度：从递归序去看前中后三种遍历。

首先来看一颗二叉树：
在这里插入图片描述
和其遍历的函数

    public static void recurtion(Node head){
        //第一步入口
        if(head==null) 
        return;
        //第一步出口
        //第二步入口
        recurtion(head.left);
        //第二步出口
        //第三步入口
        recurtion(head.right);
        //第三步出口
    }

那么这颗树的递归序便是1，2，4，4，4，2，5，5，5，2，1，3，6，6，6，3，7，7，7，3，1
可以看到，任何一颗二叉树的节点的递归序实际上都会经过其自身三次。
前序遍历、中序遍历、后续遍历就是在这三次中选取不同时候进行处理而已。
譬如前序遍历便是经过自身第一次时就进行处理，这里假设为简单打印。
那么就能很快地得到前序遍历的顺序为：1，2，4，5，3，6，7
同理，中序遍历就是经过自身第二次时进行处理，其他时候不做处理。
后序遍历就是经过自身第三次时进行处理，其他时候不做处理。

前中后序遍历递归板子

    public static void preOrderTraversal(Node head){
        if(head==null) return;
        System.out.println(head.val);
        preOrderTraversal(head.left);
        preOrderTraversal(head.right);
    }

    public static void inOrderTraversal(Node head){
        if(head==null) return;
        preOrderTraversal(head.left);
        System.out.println(head.val);
        preOrderTraversal(head.right);
    }

    public static void postOrderTraversal(Node head){
        if(head==null) return;
        preOrderTraversal(head.left);
        preOrderTraversal(head.right);
        System.out.println(head.val);
    }

二叉树非递归遍历板子实现

二叉树非递归的实现都是通过栈。我们通过手动压栈来替代系统压栈的过程。

前序遍历（同时也是深度优先遍历）

因为前序遍历是“根左右”，而栈的进出顺序是反的，所以需要先进右节点，再进左节点。至于根节点，因为我们都是通过根节点访问到的左节点、右节点，那么只要是每次只入栈一个节点，并在栈不为空的循环里面进行处理的，根节点都是最先处理的。

    public static void preOrderTraversal(Node head){
        if(head==null) return;
        Stack<Node> stack = new Stack<>();
        stack.add(head);
        whille(!stack.isEmpty()){
            Node cur = stack.pop();
            System.out.println(cur.val);
            if(cur.right!=null) stack.add(cur.right);
            if(cur.left!=null) stack.add(cur.left);
        }
    }

后序遍历

因为后序遍历要求是“左右根”，所以只有一个栈是不够的。因为只要是每次入栈只有一个节点，且在栈非空循环里进行处理的，那么最开始进栈并处理的一定是根节点，所以我们需要两个栈，称为A栈和B栈（B站？乐）。那么顺序1经过A栈，会变成顺序1的反顺序，再经过B栈，又会变为顺序1。由此可以得知，我们最开始放入A栈时的顺序就应该是“左右根”。

    public List<Integer> postorderTraversal(TreeNode root) {
        if(root==null) return new ArrayList<>(0);
        List<Integer> ans = new ArrayList<>();
        Stack<TreeNode> stack = new Stack<>();
        Stack<TreeNode> stack2 = new Stack<>();
        stack.add(root);
        while(!stack.isEmpty()){
            TreeNode cur = stack.pop();
            stack2.add(cur);
            if(cur.left!=null) stack.add(cur.left);
            if(cur.right!=null) stack.add(cur.right);
        }
        while(!stack2.isEmpty()){
            TreeNode cur = stack2.pop();
            ans.add(cur.val);
        }
        return ans;
    }

中序遍历

中序遍历要求的是“左根右”，这不能单纯通过加栈来使根变为第一个顺序了，那么这又该怎么办呢？还记得我们在先序遍历时说过“只要是每次只入栈一个节点，并在栈不为空的循环里面进行处理的，根节点都是最先处理的”吗？这次我们每次入栈时入栈多个节点。
我们将根节点的所有左边界节点都入栈，然后弹出时检查是否有右树，有的话再次判断该右树是否有左边界，如有则全部入栈，没有的话右边界自身进栈，周而复始。
具体原理可以看左程云b站视频

    public List<Integer> inorderTraversal(TreeNode root) {
        if (root == null)
            return new ArrayList<>(0);
        List<Integer> ans = new ArrayList<>();
        Stack<TreeNode> stack = new Stack<>();
        while (!stack.isEmpty() || root != null) {
            if (root != null) {
                stack.add(root);
                root = root.left;
            } else {
                root = stack.pop();
                ans.add(root.val);
                root = root.right;
            }
        }
        return ans;
    }

二叉树的其他遍历

层序遍历（偶尔也叫宽度优先遍历）

第一版板子

用队列实现，先放左节点后放右节点，弹出时进行处理（这里简化为打印）。

    public void levelOrder(TreeNode root) {
        if(root==null) return ans;
        Queue<TreeNode> queue = new LinkedList<>();
        queue.add(root);
        while(!queue.isEmpty()){
            TreeNode cur = queue.poll();
            System.out.println(cur.val);
            if(cur.left!=null)                queue.add(cur.left);
            if(cur.right!=null)                queue.add(cur.right);
        }
    }

但是稍微复杂点的层序遍历就不行了，譬如它不知道哪几个节点是同一层的，无法求出这颗二叉树的最大宽度，像是LC102和LC662这种题就做不了。

第二版（不建议背）

为此有第二版板子，左神给的，如下，但不建议背，建议直接看本人的第三版板子。

public int widthOfBinaryTree(TreeNode root) {
        if(root==null) return 0;
        Queue<TreeNode> queue = new LinkedList<>();
        int curlevel = 1;
        int curlevelnums = 0;
        int maxnums = -1;
        HashMap<TreeNode,Integer> levelmap = new HashMap<>();
        levelmap.put(root,1);
        queue.add(root);
        while(!queue.isEmpty()){
            TreeNode cur = queue.poll();
            int curNodelevel = levelmap.get(cur);
            if(curNodelevel==curlevel){
                curlevelnums++;
            }else{
                maxnums=Math.max(maxnums, curlevelnums);
                curlevel++;
                curlevelnums=1;
            }
            if(cur.left!=null){
                levelmap.put(cur.left,curNodelevel+1);
                queue.add(cur.left);
            }
            if(cur.right!=null){
                levelmap.put(cur.right,curNodelevel+1);
                queue.add(cur.right);
            } 
        }
        maxnums=Math.max(maxnums, curlevelnums);//左神在B站上少了这一步，实际应该加上
        //避免最后一层没有和maxnums比较。
        return maxnums;
    }

第三版板子

public int widthOfBinaryTree(TreeNode root) {
        if(root==null) return 0;
        List<Integer> list = new ArrayList<>();
        List<List<Integer>> ans = new ArrayList<>();
        Queue<TreeNode> queue = new LinkedList<>();
        queue.add(root);
        while(!queue.isEmpty()){
            list = new ArrayList<>();
            int size = queue.size();//获取到的队列的长度，便是这一层节点的数量。
            for(int i=0;i<size;i++){
                TreeNode cur = queue.poll();
                list.add(cur.val);
                if(cur.left!=null)   queue.add(cur.left);
                if(cur.right!=null)  queue.add(cur.right);
            }
            ans.add(list);
        }
        int max = -1;
        for(List<Integer> li:ans){
            max=Math.max(max,li.size());
        }
        return max;
    }

统计特殊的二叉树最大宽度（LC662）

可以发现上述的第三版板子也是解决不了LC662这道题的，具体可看本人的另一篇博客：http://t.csdnimg.cn/TBwdy

相关题

LeetCode94.二叉树的中序遍历
LeetCode144.二叉树的前序遍历
LeetCode145.二叉树的后序遍历
LeetCode102.二叉树的层序遍历
LeetCode662.二叉树最大宽度

二叉树的判断

判断一棵二叉树是否是搜索二叉树？

搜索二叉树，又叫查找二叉树，英文简称为BST。

板子1

如果一棵树中序遍历时的顺序是递增或者严格不降的，那么他就是BST。

    public long preVal = Long.MIN_VALUE;  
    public boolean isValidBST(TreeNode root) {
        if(root==null) return true;
        boolean isLeftBst = isValidBST(root.left);
        if(!isLeftBst) return false;
        if(root.val<=preVal) return false;
        else preVal = root.val;
        return isValidBST(root.right);
    }

板子2（二叉树统一套路）

递归角度思考，如果一颗树根节点为root，它的左树是搜索二叉树，右树是搜索二叉树，且左树的最大值不超过root的值，右树的最小值不小于root的值。对于每个节点都是如此，那么这棵树就是BST。
为此，我们发现左树需要返回的信息有

  • 是否是搜索二叉树
  • 最大值

右树需要的返回的信息有

  • 是否是搜索二叉树
  • 最小值

为此， 我们统归一个结构体，里面返回

  • 是否是搜索二叉树
  • 最大值
  • 最小值
public class ReturnType{
        public boolean isBST;
        public int max;
        public int min;
        public ReturnType(boolean isBST, int max, int min){
            this.isBST = isBST;
            this.max = max;
            this.min = min;
        } 
    }
    //递归函数
    public ReturnType check(TreeNode root){
        if(root==null) return null;
        ReturnType leftReturn = check(root.left);
        ReturnType rightReturn = check(root.right);
        if(leftReturn!=null){
            if(leftReturn.max>=root.val||leftReturn.isBST==false){
                return new ReturnType(false,root.val,root.val);
            }
        }
        if(rightReturn!=null){
            if(rightReturn.min<=root.val||rightReturn.isBST==false){
                return new ReturnType(false,root.val,root.val);
            }
        }
        int max=(rightReturn==null?root.val:rightReturn.max);
        int min=(leftReturn==null?root.val:leftReturn.min);
        return new ReturnType(true,max,min);
    }

    //主函数入口
    public boolean isValidBST(TreeNode root) {
        if(root==null) return true;
        return check(root).isBST;
    }

判断一棵二叉树是否是完全二叉树？

如果一颗树，按照层序遍历，应该满足如下条件

  • 不存在只有右孩子，没有左孩子的节点
  • 第一次出现左右孩子不全的节点之后的节点，都应该是叶子节点。
    public boolean isCompleteTree(TreeNode root) {
        boolean flag = false;
        if(root==null) return true;
        Queue<TreeNode> queue = new LinkedList<>();
        queue.add(root);
        while(!queue.isEmpty()){
            TreeNode cur = queue.poll();
            if(
                (flag==true&&!(cur.left==null&&cur.right==null))
       //flag为true，说明之前有遇到有左右孩子不全的节点。那么之后遍历到的节点都应该是叶子节点
                ||
                (cur.left==null&&cur.right!=null)//只有右孩子，没有左孩子的节点
                )
            return false;
            if(cur.left==null||cur.right==null) flag=true;
            if(cur.left!=null) queue.add(cur.left);
            if(cur.right!=null) queue.add(cur.right);
        }
        return true;
    }

判断一颗二叉树是否为满二叉树？（二叉树统一套路）

递归角度思考，如果一颗树根节点为root，其最大高度h和节点数nums满足nums=2^h-1。那么我们称这棵树为满二叉树。所以对于左树和右树，我们都需要返回其最大高度和节点数，这样才好更新根节点的最大高度和节点数。

public class Return{
        public int height;
        public int nodeNums;
        public Return(int height,int nodeNums){
            this.height=height;
            this.nodeNums=nodeNums;
        }
    }
    public Return process(TreeNode root){
        if(root==null) return new Return(0,0);
        Return leftReturn = process(root.left);
        Return rightReturn = process(root.right);
        int height = Math.max(leftReturn.height,rightReturn.height)+1;
        int nodeNums = leftReturn.nodeNums+rightReturn.nodeNums+1;
        return new Return(height,nodeNums);
    }
    public boolean isFullTree(TreeNode root) {
        if(root==null) return true;
        Return rootReturn = process(root);
        return (nodeNums==(1<<height)-1);//1<<n表示2的n次方
    }

判断是否为平衡二叉树？（二叉树统一递归套路）

递归角度思考，如果一颗树根节点的左孩子都是平衡二叉树，右孩子都是平衡二叉树，且左孩子和右孩子的最大高度之差的绝对值≤1，所有节点都如此，那么这棵树就是平衡二叉树。
所以我们知道左孩子和右孩子统一返回的信息有1.是否是平衡二叉树 2.最大高度

    public class Return{
        public boolean isBalanced;
        public int height;
        public Return(boolean isBalanced, int height){
            this.isBalanced = isBalanced;
            this.height = height;
        }
    }
    public boolean isBalanced(TreeNode root) {
        if(root==null) return true;
        return check(root).isBalanced;
    }

    public Return check(TreeNode root){
        if(root==null) return new Return(true,0);
        Return leftReturn = check(root.left);
        Return rightReturn = check(root.right);
        boolean isBalanced = true;
        int height = 1;
        int leftHeight = 1;
        int rightHeight = 1;
        if(leftReturn!=null){
            if(leftReturn.isBalanced==false) return new Return(false,1);
            leftHeight=leftReturn.height;
        }
        if(rightReturn!=null){
            if(rightReturn.isBalanced==false) return new Return(false,1);
            rightHeight = rightReturn.height;
        }
        isBalanced = (Math.abs(leftHeight-rightHeight)<2);
        height = Math.max(leftHeight,rightHeight)+1;
        return new Return(isBalanced,height); 
    }

相关题

LeetCode 98.验证二叉搜索树
LeetCode 176. 判断是否为平衡二叉树
LeetCode 110. 平衡二叉树
LeetCode 958. 二叉树的完全性检验

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分类&#xff1a;列表 知识点&#xff1a; 列表逆序&#xff08;和字符串逆序是一样的&#xff09; my_list[::-1] 题目来自【牛客】 def reverse_sentence(sentence): # 将输入的句子分割words sentence.split() # 将单词逆序排列 words words[::-1] # 将单词用空…
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DarkSide针对VMware EXSI系统进行加密

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前言 最近黑客组织利用DarkSide勒索病毒对Colonial Pipeline 发起勒索攻击&#xff0c;国内外各大安全厂商和安全媒体也都有相关报道&#xff0c;DarkSide勒索软件是从2020年8月出现&#xff0c;并以(RAAS)勒索即服务的商业模式进行运作&#xff0c;此勒索病毒不仅可以部署基于…
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【Chrono Engine学习总结】5-sensor-5.1-sensor基础并创建一个lidar

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由于Chrono的官方教程在一些细节方面解释的并不清楚&#xff0c;自己做了一些尝试&#xff0c;做学习总结。 1、Sensor模块 Sensor模块是附加模块&#xff0c;需要单独安装。参考&#xff1a;【Chrono Engine学习总结】1-安装配置与程序运行 Sensor Module Tutorial Sensor …
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MySQL数据库⑧_索引（概念+理解+操作）

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目录 1. 索引的概念和价值 1.1 索引的概念 1.2 索引的价值 2. 磁盘的概念 2.1 磁盘的结构 2.2 操作系统与磁盘交互的基本单位 2.3 MySQL与磁盘交互的基本单位 3. 索引的理解 3.1 主键索引现象和推导 3.2 索引采用的数据结构&#xff1a;B树 3.3 聚簇索引和非聚簇索引…
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