二叉树与图 LeetCode算法例子【总】

    科技2022-07-15  116

    本文章记录贪心法的一些 LeetCode 题目,是我学习b站小象学院视频教程所做笔记,文末注明教程出处。侵删 ¯\_( ͡° ͜ʖ ͡°)_/¯

    LeetCode [113] 路径总和Ⅱ

    题目描述

    给定一个二叉树和一个目标和,找到所有从根节点到叶子节点路径总和等于给定目标和的路径。

    说明: 叶子节点是指没有子节点的节点。

    示例

    给定如下二叉树,以及目标和 sum = 22,

    5 / \ 4 8 / / \ 11 13 4 / \ / \ 7 2 5 1

    返回:

    [ [5,4,11,2], [5,8,4,5] ]

    算法思想

    其实就很简单的二叉树搜索吧,把先序的深度遍历结点记录到一个栈里(直接用c++的vector实现即可),然后加以判断是否符合条件,递归完在出栈。

    代码

    /** * Definition for a binary tree node. * struct TreeNode { * int val; * TreeNode *left; * TreeNode *right; * TreeNode(int x) : val(x), left(NULL), right(NULL) {} * }; */ class Solution { public: vector<vector<int>> pathSum(TreeNode* root, int sum) { vector<vector<int>> result; vector<int> path; int path_value = 0; preorder(root,path_value,sum,path,result); return result; } private: void preorder(TreeNode *node,int &path_value,int sum, vector<int> &path, vector<vector<int>> &result){ if(!node){ return; } path_value += node->val; path.push_back(node->val); if(!node->left && !node->right && path_value==sum){ result.push_back(path); } preorder(node->left,path_value,sum,path,result); preorder(node->right,path_value,sum,path,result); path_value -= node->val; path.pop_back(); } };

    LeetCode [236] 二叉树的最近公共祖先

    问题描述

    给定一个二叉树, 找到该树中两个指定节点的最近公共祖先。

    百度百科中最近公共祖先的定义为:“对于有根树 T 的两个结点 p、q,最近公共祖先表示为一个结点 x,满足 x 是 p、q 的祖先且 x 的深度尽可能大(一个节点也可以是它自己的祖先)。”

    示例

    示例 1:

    输入: root = [3,5,1,6,2,0,8,null,null,7,4], p = 5, q = 1 输出: 3 解释: 节点 5 和节点 1 的最近公共祖先是节点 3。 示例 2:

    输入: root = [3,5,1,6,2,0,8,null,null,7,4], p = 5, q = 4 输出: 5 解释: 节点 5 和节点 4 的最近公共祖先是节点 5。因为根据定义最近公共祖先节点可以为节点本身。

    算法思路

    先去找到以这两个节点为末尾的从根节点开始的两条路径,然后判断路经长短,两条路径同时向后遍历,找到长路径和短路径相同的最后面的那个节点,即为所求

    算法代码

    /** * Definition for a binary tree node. * struct TreeNode { * int val; * TreeNode *left; * TreeNode *right; * TreeNode(int x) : val(x), left(NULL), right(NULL) {} * }; */ class Solution { public: TreeNode* lowestCommonAncestor(TreeNode* root, TreeNode* p, TreeNode* q) { vector<TreeNode*> path; vector<TreeNode*> node_p_path; vector<TreeNode*> node_q_path; int finish = 0; preorder(root,p,path,node_p_path,finish); // 找到第一个节点 p 的路径 path.clear(); // 将临时栈置空 finish=0; preorder(root,q,path,node_q_path,finish); // 找到第二个节点 p 的路径 // 根据两条路径长短判断和一致判断找出最后的公共节点,即公共祖先 int path_len=0; if(node_p_path.size() < node_q_path.size()){ path_len = node_p_path.size(); } else{ path_len = node_q_path.size(); } TreeNode *result = 0; for(int i=0;i<path_len;i++){ if(node_p_path[i] == node_q_path[i]){ result = node_p_path[i]; } } return result; } private: void preorder(TreeNode *node,TreeNode *search,vector<TreeNode*> &path, vector<TreeNode*> &result,int &finish){ if(!node || finish){ // 当node为空或已找到指定节点时返回 return; } path.push_back(node); // 将节点压入栈 if(node == search){ finish=1; // 找到节点后更新finish的值 result=path; // 将当前path储存起来 } preorder(node->left,search,path,result,finish); preorder(node->right,search,path,result,finish); path.pop_back(); } };

    LeetCode [114] 二叉树展开为链表

    问题描述

    给定一个二叉树,原地将它展开为一个单链表。

    例如,给定二叉树

    1 / \ 2 5 / \ \ 3 4 6

    将其展开为:

    1 \ 2 \ 3 \ 4 \ 5 \ 6

    算法思路

    图片来自小象学院教程

    算法代码

    /** * Definition for a binary tree node. * struct TreeNode { * int val; * TreeNode *left; * TreeNode *right; * TreeNode() : val(0), left(nullptr), right(nullptr) {} * TreeNode(int x) : val(x), left(nullptr), right(nullptr) {} * TreeNode(int x, TreeNode *left, TreeNode *right) : val(x), left(left), right(right) {} * }; */ class Solution { public: void flatten(TreeNode* root) { TreeNode *last = NULL; preorder(root,last); } private: void preorder(TreeNode *node,TreeNode *&last){ if(!node){ return; } if(!node->left && !node->right){ last = node; return; } TreeNode *left = node->left; TreeNode *right = node->right; TreeNode *left_last = NULL; TreeNode *right_last = NULL; // 处理左子树,使其为拉直的链表 if(left){ preorder(left,left_last); node->left = NULL; node->right = left; last = left_last; } // 处理右子树,使其为拉直的链表,并连接左右子树的链表 if(right){ preorder(right,right_last); if(left_last){ left_last->right = right; } last = right_last; } } };

    LeetCode [199] 二叉树的右视图

    题目描述

    给定一棵二叉树,想象自己站在它的右侧,按照从顶部到底部的顺序,返回从右侧所能看到的节点值。

    示例

    输入: [1,2,3,null,5,null,4] 输出: [1, 3, 4] 解释:

    1 <--- / \ 2 3 <--- \ \ 5 4 <---

    算法思想

    运用层次遍历二叉树,记录每层最后一个结点

    层次遍历大致算法: 设置队列Q 将根节点入队列Q while(Q不为空){ 去除队列头部结点node 对node访问 将node的左、右孩子入队列 }

    算法代码

    /** * Definition for a binary tree node. * struct TreeNode { * int val; * TreeNode *left; * TreeNode *right; * TreeNode(int x) : val(x), left(NULL), right(NULL) {} * }; */ class Solution { public: vector<int> rightSideView(TreeNode* root) { vector<int> view; queue<pair<TreeNode *,int>> Q; if(root){ Q.push(make_pair(root,0)); // 将根节点结合层数0入队列 } while(!Q.empty()){ TreeNode *node = Q.front().first; int depth = Q.front().second; Q.pop(); if(view.size()==depth){ view.push_back(node->val); } else{ view[depth] = node->val; } if(node->left){ Q.push(make_pair(node->left,depth+1)); } if(node->right){ Q.push(make_pair(node->right,depth+1)); } } return view; } };

    LeetCode [207] 课程表

    题目描述

    你这个学期必须选修 numCourse 门课程,记为 0 到 numCourse-1 。

    在选修某些课程之前需要一些先修课程。 例如,想要学习课程 0 ,你需要先完成课程 1 ,我们用一个匹配来表示他们:[0,1]

    给定课程总量以及它们的先决条件,请你判断是否可能完成所有课程的学习?

    示例

    示例 1:

    输入: 2, [[1,0]] 输出: true 解释: 总共有 2 门课程。学习课程 1 之前,你需要完成课程 0。所以这是可能的。

    示例 2:

    输入: 2, [[1,0],[0,1]] 输出: false 解释: 总共有 2 门课程。学习课程 1 之前,你需要先完成​课程 0;并且学习课程 0 之前,你还应先完成课程 1。这是不可能的。

    深度遍历搜索

    算法思路

    用图操作写代码,用邻接表储存一个图,表示其依赖关系,用图的深度遍历方法。判断节点在深度搜索过程中有没有再度遇到同个节点(注意是在搜索过程中,而不是搜索完成回溯时)。如果再度遇见同一节点则该图有环,课程不能进行。

    算法代码

    struct GraphNode{ int label; vector<GraphNode *> neighbors; GraphNode(int x): label(x) {}; }; class Solution { public: bool canFinish(int numCourses, vector<vector<int>>& prerequisites) { vector<GraphNode *> graph; // 邻接表 vector<int> visit; for(int i=0;i<numCourses;i++){ graph.push_back(new GraphNode(i)); visit.push_back(-1); } for(int i=0;i<prerequisites.size();i++){ GraphNode *begin = graph[prerequisites[i][1]]; GraphNode *end = graph[prerequisites[i][0]]; begin->neighbors.push_back(end); } for(int i=0;i<graph.size();i++){ if(visit[i] == -1 && !DFS_graph(graph[i],visit)){ return false; } } for(int i=0;i<numCourses;i++){ delete graph[i]; } return true; } private: bool DFS_graph(GraphNode *node,vector<int> &visit){ visit[node->label] = 0; for(int i=0;i<node->neighbors.size();i++){ if(visit[node->neighbors[i]->label] == -1){ if(DFS_graph(node->neighbors[i],visit)==0){ return false; } } else if(visit[node->neighbors[i]->label]==0){ return false; } } visit[node->label] = 1; return true; } };

    拓扑排序(宽度优先搜索)

    算法思路

    创建一个队列,初始把入度为0的点加入队列,当队列不为空时执行: 弹出队头,让队头指向的那个节点的入度减一,且如果该节点入度为0则加入队列,进行循环。 直到队列为空时,如果依然有点的入度不为0,则该图有环!课程无法进行

    算法代码

    struct GraphNode{ int label; vector<GraphNode *> neighbors; GraphNode(int x): label(x) {}; }; class Solution { public: bool canFinish(int numCourses, vector<vector<int>>& prerequisites) { vector<GraphNode*> graph; // 邻接表 vector<int> degree; // 储存入度 for(int i=0;i<numCourses;i++){ degree.push_back(0); graph.push_back(new GraphNode(i)); } for(int i=0;i<prerequisites.size();i++){ GraphNode *begin = graph[prerequisites[i][1]]; GraphNode *end = graph[prerequisites[i][0]]; begin->neighbors.push_back(end); degree[prerequisites[i][0]]++; } queue<GraphNode*> Q; // 创建队列 for(int i=0;i<numCourses;i++){ if(degree[i]==0){ Q.push(graph[i]); } } while(!Q.empty()){ GraphNode *node = Q.front(); Q.pop(); for(int i=0;i<node->neighbors.size();i++){ degree[node->neighbors[i]->label]--; if(degree[node->neighbors[i]->label]==0){ Q.push(node->neighbors[i]); } } } for(int i=0;i<graph.size();i++){ delete graph[i]; } for(int i=0;i<graph.size();i++){ if(degree[i]){ // 如果有入度不为0的则代表课程不能继续进行 return false; } } return true; } };

    ps: 小象学院教程 https://www.bilibili.com/video/BV1GW411Q77S?t=7029&p=2

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