树 - 二叉搜索树(BST)

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树 - 二叉搜索树(BST)

本文主要介绍 二叉树中最基本的二叉查找树(Binary Search Tree),(又:二叉搜索树,二叉排序树)它或者是一棵空树,或者是具有下列性质的二叉树: 若它的左子树不空,则左子树上所有结点的值均小于它的根结点的值; 若它的右子树不空,则右子树上所有结点的值均大于它的根结点的值; 它的左、右子树也分别为二叉排序树。@pdai

BST的定义

在二叉查找树中:

  • 若任意节点的左子树不空,则左子树上所有结点的值均小于它的根结点的值;
  • 任意节点的右子树不空,则右子树上所有结点的值均大于它的根结点的值;
  • 任意节点的左、右子树也分别为二叉查找树。
  • 没有键值相等的节点。
alg-tree-binary-search-1.svg
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动画效果请参考 BST 在新窗口打开open in new window

alg-tree-binary-search-0.png
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BST的实现

节点

BSTree是二叉树,它保存了二叉树的根节点mRoot;mRoot是BSTNode类型,而BSTNode是二叉查找树的节点,它是BSTree的内部类。BSTNode包含二叉查找树的几个基本信息:

  • key -- 它是关键字,是用来对二叉查找树的节点进行排序的。
  • left -- 它指向当前节点的左孩子。
  • right -- 它指向当前节点的右孩子。
  • parent -- 它指向当前节点的父结点。
    public class BSTree<T extends Comparable<T>> {

        private BSTNode<T> mRoot;    // 根结点

        public class BSTNode<T extends Comparable<T>> {
            T key;                // 关键字(键值)
            BSTNode<T> left;      // 左孩子
            BSTNode<T> right;     // 右孩子
            BSTNode<T> parent;    // 父结点

            public BSTNode(T key, BSTNode<T> parent, BSTNode<T> left, BSTNode<T> right) {
                this.key = key;
                this.parent = parent;
                this.left = left;
                this.right = right;
            }
        }

            ......
    }

遍历

这里讲解前序遍历、中序遍历、后序遍历3种方式。

前序遍历

若二叉树非空,则执行以下操作:

  • 访问根结点;
  • 先序遍历左子树;
  • 先序遍历右子树。
    private void preOrder(BSTNode<T> tree) {
        if(tree != null) {
            System.out.print(tree.key+" ");
            preOrder(tree.left);
            preOrder(tree.right);
        }
    }

    public void preOrder() {
        preOrder(mRoot);
    }

中序遍历

若二叉树非空,则执行以下操作:

  • 中序遍历左子树;
  • 访问根结点;
  • 中序遍历右子树。
    private void inOrder(BSTNode<T> tree) {
        if(tree != null) {
            inOrder(tree.left);
            System.out.print(tree.key+" ");
            inOrder(tree.right);
        }
    }

    public void inOrder() {
        inOrder(mRoot);
    }

后序遍历

若二叉树非空,则执行以下操作:

  • 后序遍历左子树;
  • 后序遍历右子树;
  • 访问根结点。
    private void postOrder(BSTNode<T> tree) {
        if(tree != null)
        {
            postOrder(tree.left);
            postOrder(tree.right);
            System.out.print(tree.key+" ");
        }
    }

    public void postOrder() {
        postOrder(mRoot);
    }

看看下面这颗树的各种遍历方式:

alg-tree-binary-search-1.svg
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对于上面的二叉树而言,

  • 前序遍历结果: 8 3 1 6 4 7 10 14 13
  • 中序遍历结果: 1 3 4 6 7 8 10 13 14
  • 后序遍历结果: 1 4 7 6 3 13 14 10 8

查找

  • 递归版本的代码
    /* * (递归实现)查找"二叉树x"中键值为key的节点 */
    private BSTNode<T> search(BSTNode<T> x, T key) {
        if (x==null)
            return x;

        int cmp = key.compareTo(x.key);
        if (cmp < 0)
            return search(x.left, key);
        else if (cmp > 0)
            return search(x.right, key);
        else
            return x;
    }

    public BSTNode<T> search(T key) {
        return search(mRoot, key);
    }

  • 非递归版本的代码
    /* * (非递归实现)查找"二叉树x"中键值为key的节点 */
    private BSTNode<T> iterativeSearch(BSTNode<T> x, T key) {
        while (x!=null) {
            int cmp = key.compareTo(x.key);

            if (cmp < 0) 
                x = x.left;
            else if (cmp > 0) 
                x = x.right;
            else
                return x;
        }

        return x;
    }

    public BSTNode<T> iterativeSearch(T key) {
        return iterativeSearch(mRoot, key);
    }

最大值和最小值

alg-tree-11.png
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  • 查找最大结点
    /* * 查找最大结点: 返回tree为根结点的二叉树的最大结点。 */
    private BSTNode<T> maximum(BSTNode<T> tree) {
        if (tree == null)
            return null;

        while(tree.right != null)
            tree = tree.right;
        return tree;
    }

    public T maximum() {
        BSTNode<T> p = maximum(mRoot);
        if (p != null)
            return p.key;

        return null;
    }

  • 查找最小结点
    /* * 查找最小结点: 返回tree为根结点的二叉树的最小结点。 */
    private BSTNode<T> minimum(BSTNode<T> tree) {
        if (tree == null)
            return null;

        while(tree.left != null)
            tree = tree.left;
        return tree;
    }

    public T minimum() {
        BSTNode<T> p = minimum(mRoot);
        if (p != null)
            return p.key;

        return null;
    }

前驱和后继

节点的前驱: 是该节点的左子树中的最大节点。 节点的后继: 是该节点的右子树中的最小节点。

  • 查找前驱节点
    /* * 找结点(x)的前驱结点。即,查找"二叉树中数据值小于该结点"的"最大结点"。 */
    public BSTNode<T> predecessor(BSTNode<T> x) {
        // 如果x存在左孩子,则"x的前驱结点"为 "以其左孩子为根的子树的最大结点"。
        if (x.left != null)
            return maximum(x.left);

        // 如果x没有左孩子。则x有以下两种可能: 
        // (01) x是"一个右孩子",则"x的前驱结点"为 "它的父结点"。
        // (01) x是"一个左孩子",则查找"x的最低的父结点,并且该父结点要具有右孩子",找到的这个"最低的父结点"就是"x的前驱结点"。
        BSTNode<T> y = x.parent;
        while ((y!=null) && (x==y.left)) {
            x = y;
            y = y.parent;
        }

        return y;
    }

  • 查找后继节点
    /* * 找结点(x)的后继结点。即,查找"二叉树中数据值大于该结点"的"最小结点"。 */
    public BSTNode<T> successor(BSTNode<T> x) {
        // 如果x存在右孩子,则"x的后继结点"为 "以其右孩子为根的子树的最小结点"。
        if (x.right != null)
            return minimum(x.right);

        // 如果x没有右孩子。则x有以下两种可能: 
        // (01) x是"一个左孩子",则"x的后继结点"为 "它的父结点"。
        // (02) x是"一个右孩子",则查找"x的最低的父结点,并且该父结点要具有左孩子",找到的这个"最低的父结点"就是"x的后继结点"。
        BSTNode<T> y = x.parent;
        while ((y!=null) && (x==y.right)) {
            x = y;
            y = y.parent;
        }

        return y;
    }

插入

alg-tree-8.png
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    /* * 将结点插入到二叉树中 * * 参数说明: * tree 二叉树的 * z 插入的结点 */
    private void insert(BSTree<T> bst, BSTNode<T> z) {
        int cmp;
        BSTNode<T> y = null;
        BSTNode<T> x = bst.mRoot;

        // 查找z的插入位置
        while (x != null) {
            y = x;
            cmp = z.key.compareTo(x.key);
            if (cmp < 0)
                x = x.left;
            else
                x = x.right;
        }

        z.parent = y;
        if (y==null)
            bst.mRoot = z;
        else {
            cmp = z.key.compareTo(y.key);
            if (cmp < 0)
                y.left = z;
            else
                y.right = z;
        }
    }

    /* * 新建结点(key),并将其插入到二叉树中 * * 参数说明: * tree 二叉树的根结点 * key 插入结点的键值 */
    public void insert(T key) {
        BSTNode<T> z=new BSTNode<T>(key,null,null,null);

        // 如果新建结点失败,则返回。
        if (z != null)
            insert(this, z);
    }

删除

alg-tree-10.png
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    /* * 删除结点(z),并返回被删除的结点 * * 参数说明: * bst 二叉树 * z 删除的结点 */
    private BSTNode<T> remove(BSTree<T> bst, BSTNode<T> z) {
        BSTNode<T> x=null;
        BSTNode<T> y=null;

        if ((z.left == null) || (z.right == null) )
            y = z;
        else
            y = successor(z);

        if (y.left != null)
            x = y.left;
        else
            x = y.right;

        if (x != null)
            x.parent = y.parent;

        if (y.parent == null)
            bst.mRoot = x;
        else if (y == y.parent.left)
            y.parent.left = x;
        else
            y.parent.right = x;

        if (y != z) 
            z.key = y.key;

        return y;
    }

    /* * 删除结点(z),并返回被删除的结点 * * 参数说明: * tree 二叉树的根结点 * z 删除的结点 */
    public void remove(T key) {
        BSTNode<T> z, node; 

        if ((z = search(mRoot, key)) != null)
            if ( (node = remove(this, z)) != null)
                node = null;
    }

打印

    /* * 打印"二叉查找树" * * key -- 节点的键值 * direction -- 0,表示该节点是根节点; * -1,表示该节点是它的父结点的左孩子; * 1,表示该节点是它的父结点的右孩子。 */
    private void print(BSTNode<T> tree, T key, int direction) {

        if(tree != null) {

            if(direction==0)    // tree是根节点
                System.out.printf("%2d is root\n", tree.key);
            else                // tree是分支节点
                System.out.printf("%2d is %2d's %6s child\n", tree.key, key, direction==1?"right" : "left");

            print(tree.left, tree.key, -1);
            print(tree.right,tree.key,  1);
        }
    }

    public void print() {
        if (mRoot != null)
            print(mRoot, mRoot.key, 0);
    }

销毁

    /*
     * 销毁二叉树
     */
    private void destroy(BSTNode<T> tree) {
        if (tree==null)
            return ;

        if (tree.left != null)
            destroy(tree.left);
        if (tree.right != null)
            destroy(tree.right);

        tree=null;
    }

    public void clear() {
        destroy(mRoot);
        mRoot = null;
    }

测试程序

下面对测试程序的流程进行分析!

  • 新建"二叉查找树"root。

  • 向二叉查找树中依次插入1,5,4,3,2,6 。如下图所示:

alg-tree-bst-test-1.jpg
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  • 遍历和查找

插入1,5,4,3,2,6之后,得到的二叉查找树如下:

alg-tree-bst-test-2.jpg
alg-tree-bst-test-2.jpg
    前序遍历结果: 1 5 4 3 2 6 
    中序遍历结果: 1 2 3 4 5 6 
    后序遍历结果: 2 3 4 6 5 1 
    最小值是1,而最大值是6
  • 删除节点4。如下图所示:
alg-tree-bst-test-3.jpg
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  • 重新遍历该二叉查找树。

中序遍历结果: 1 2 4 5 6

代码和测试代码

代码实现

    /** * Java 语言: 二叉查找树 * * @author skywang * @date 2013/11/07 */

    public class BSTree<T extends Comparable<T>> {

        private BSTNode<T> mRoot;    // 根结点

        public class BSTNode<T extends Comparable<T>> {
            T key;                // 关键字(键值)
            BSTNode<T> left;    // 左孩子
            BSTNode<T> right;    // 右孩子
            BSTNode<T> parent;    // 父结点

            public BSTNode(T key, BSTNode<T> parent, BSTNode<T> left, BSTNode<T> right) {
                this.key = key;
                this.parent = parent;
                this.left = left;
                this.right = right;
            }

            public T getKey() {
                return key;
            }

            public String toString() {
                return "key:"+key;
            }
        }

        public BSTree() {
            mRoot=null;
        }

        /* * 前序遍历"二叉树" */
        private void preOrder(BSTNode<T> tree) {
            if(tree != null) {
                System.out.print(tree.key+" ");
                preOrder(tree.left);
                preOrder(tree.right);
            }
        }

        public void preOrder() {
            preOrder(mRoot);
        }

        /* * 中序遍历"二叉树" */
        private void inOrder(BSTNode<T> tree) {
            if(tree != null) {
                inOrder(tree.left);
                System.out.print(tree.key+" ");
                inOrder(tree.right);
            }
        }

        public void inOrder() {
            inOrder(mRoot);
        }


        /* * 后序遍历"二叉树" */
        private void postOrder(BSTNode<T> tree) {
            if(tree != null)
            {
                postOrder(tree.left);
                postOrder(tree.right);
                System.out.print(tree.key+" ");
            }
        }

        public void postOrder() {
            postOrder(mRoot);
        }


        /* * (递归实现)查找"二叉树x"中键值为key的节点 */
        private BSTNode<T> search(BSTNode<T> x, T key) {
            if (x==null)
                return x;

            int cmp = key.compareTo(x.key);
            if (cmp < 0)
                return search(x.left, key);
            else if (cmp > 0)
                return search(x.right, key);
            else
                return x;
        }

        public BSTNode<T> search(T key) {
            return search(mRoot, key);
        }

        /* * (非递归实现)查找"二叉树x"中键值为key的节点 */
        private BSTNode<T> iterativeSearch(BSTNode<T> x, T key) {
            while (x!=null) {
                int cmp = key.compareTo(x.key);

                if (cmp < 0) 
                    x = x.left;
                else if (cmp > 0) 
                    x = x.right;
                else
                    return x;
            }

            return x;
        }

        public BSTNode<T> iterativeSearch(T key) {
            return iterativeSearch(mRoot, key);
        }

        /* * 查找最小结点: 返回tree为根结点的二叉树的最小结点。 */
        private BSTNode<T> minimum(BSTNode<T> tree) {
            if (tree == null)
                return null;

            while(tree.left != null)
                tree = tree.left;
            return tree;
        }

        public T minimum() {
            BSTNode<T> p = minimum(mRoot);
            if (p != null)
                return p.key;

            return null;
        }
         
        /* * 查找最大结点: 返回tree为根结点的二叉树的最大结点。 */
        private BSTNode<T> maximum(BSTNode<T> tree) {
            if (tree == null)
                return null;

            while(tree.right != null)
                tree = tree.right;
            return tree;
        }

        public T maximum() {
            BSTNode<T> p = maximum(mRoot);
            if (p != null)
                return p.key;

            return null;
        }

        /* * 找结点(x)的后继结点。即,查找"二叉树中数据值大于该结点"的"最小结点"。 */
        public BSTNode<T> successor(BSTNode<T> x) {
            // 如果x存在右孩子,则"x的后继结点"为 "以其右孩子为根的子树的最小结点"。
            if (x.right != null)
                return minimum(x.right);

            // 如果x没有右孩子。则x有以下两种可能: 
            // (01) x是"一个左孩子",则"x的后继结点"为 "它的父结点"。
            // (02) x是"一个右孩子",则查找"x的最低的父结点,并且该父结点要具有左孩子",找到的这个"最低的父结点"就是"x的后继结点"。
            BSTNode<T> y = x.parent;
            while ((y!=null) && (x==y.right)) {
                x = y;
                y = y.parent;
            }

            return y;
        }
         
        /* * 找结点(x)的前驱结点。即,查找"二叉树中数据值小于该结点"的"最大结点"。 */
        public BSTNode<T> predecessor(BSTNode<T> x) {
            // 如果x存在左孩子,则"x的前驱结点"为 "以其左孩子为根的子树的最大结点"。
            if (x.left != null)
                return maximum(x.left);

            // 如果x没有左孩子。则x有以下两种可能: 
            // (01) x是"一个右孩子",则"x的前驱结点"为 "它的父结点"。
            // (01) x是"一个左孩子",则查找"x的最低的父结点,并且该父结点要具有右孩子",找到的这个"最低的父结点"就是"x的前驱结点"。
            BSTNode<T> y = x.parent;
            while ((y!=null) && (x==y.left)) {
                x = y;
                y = y.parent;
            }

            return y;
        }

        /* * 将结点插入到二叉树中 * * 参数说明: * tree 二叉树的 * z 插入的结点 */
        private void insert(BSTree<T> bst, BSTNode<T> z) {
            int cmp;
            BSTNode<T> y = null;
            BSTNode<T> x = bst.mRoot;

            // 查找z的插入位置
            while (x != null) {
                y = x;
                cmp = z.key.compareTo(x.key);
                if (cmp < 0)
                    x = x.left;
                else
                    x = x.right;
            }

            z.parent = y;
            if (y==null)
                bst.mRoot = z;
            else {
                cmp = z.key.compareTo(y.key);
                if (cmp < 0)
                    y.left = z;
                else
                    y.right = z;
            }
        }

        /* * 新建结点(key),并将其插入到二叉树中 * * 参数说明: * tree 二叉树的根结点 * key 插入结点的键值 */
        public void insert(T key) {
            BSTNode<T> z=new BSTNode<T>(key,null,null,null);

            // 如果新建结点失败,则返回。
            if (z != null)
                insert(this, z);
        }

        /* * 删除结点(z),并返回被删除的结点 * * 参数说明: * bst 二叉树 * z 删除的结点 */
        private BSTNode<T> remove(BSTree<T> bst, BSTNode<T> z) {
            BSTNode<T> x=null;
            BSTNode<T> y=null;

            if ((z.left == null) || (z.right == null) )
                y = z;
            else
                y = successor(z);

            if (y.left != null)
                x = y.left;
            else
                x = y.right;

            if (x != null)
                x.parent = y.parent;

            if (y.parent == null)
                bst.mRoot = x;
            else if (y == y.parent.left)
                y.parent.left = x;
            else
                y.parent.right = x;

            if (y != z) 
                z.key = y.key;

            return y;
        }

        /* * 删除结点(z),并返回被删除的结点 * * 参数说明: * tree 二叉树的根结点 * z 删除的结点 */
        public void remove(T key) {
            BSTNode<T> z, node; 

            if ((z = search(mRoot, key)) != null)
                if ( (node = remove(this, z)) != null)
                    node = null;
        }

        /* * 销毁二叉树 */
        private void destroy(BSTNode<T> tree) {
            if (tree==null)
                return ;

            if (tree.left != null)
                destroy(tree.left);
            if (tree.right != null)
                destroy(tree.right);

            tree=null;
        }

        public void clear() {
            destroy(mRoot);
            mRoot = null;
        }

        /* * 打印"二叉查找树" * * key -- 节点的键值 * direction -- 0,表示该节点是根节点; * -1,表示该节点是它的父结点的左孩子; * 1,表示该节点是它的父结点的右孩子。 */
        private void print(BSTNode<T> tree, T key, int direction) {

            if(tree != null) {

                if(direction==0)    // tree是根节点
                    System.out.printf("%2d is root\n", tree.key);
                else                // tree是分支节点
                    System.out.printf("%2d is %2d's %6s child\n", tree.key, key, direction==1?"right" : "left");

                print(tree.left, tree.key, -1);
                print(tree.right,tree.key,  1);
            }
        }

        public void print() {
            if (mRoot != null)
                print(mRoot, mRoot.key, 0);
        }
    }

测试代码

    /** * Java 语言: 二叉查找树 * * @author skywang * @date 2013/11/07 */
    public class BSTreeTest {

        private static final int arr[] = {1,5,4,3,2,6};

        public static void main(String[] args) {
            int i, ilen;
            BSTree<Integer> tree=new BSTree<Integer>();

            System.out.print("== 依次添加: ");
            ilen = arr.length;
            for(i=0; i<ilen; i++) {
                System.out.print(arr[i]+" ");
                tree.insert(arr[i]);
            }

            System.out.print("\n== 前序遍历: ");
            tree.preOrder();

            System.out.print("\n== 中序遍历: ");
            tree.inOrder();

            System.out.print("\n== 后序遍历: ");
            tree.postOrder();
            System.out.println();

            System.out.println("== 最小值: "+ tree.minimum());
            System.out.println("== 最大值: "+ tree.maximum());
            System.out.println("== 树的详细信息: ");
            tree.print();

            System.out.print("\n== 删除根节点: "+ arr[3]);
            tree.remove(arr[3]);

            System.out.print("\n== 中序遍历: ");
            tree.inOrder();
            System.out.println();

            // 销毁二叉树
            tree.clear();
        }
    }

测试结果

    == 依次添加: 1 5 4 3 2 6 
    == 前序遍历: 1 5 4 3 2 6 
    == 中序遍历: 1 2 3 4 5 6 
    == 后序遍历: 2 3 4 6 5 1 
    == 最小值: 1
    == 最大值: 6
    == 树的详细信息: 
    is root
    is  1's right child is 5's   left child
    is  4's left child is 3's   left child
    is  5's  right child

    == 删除根节点: 3
    == 中序遍历: 1 2 4 5 6

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669. Trim a Binary Search Tree (Easy) 在新窗口打开open in new window

    Input:

        3
       / \
      0   4
       \
        2
       /
      1

      L = 1
      R = 3

    Output:

          3
         /
       2
      /
     1

题目描述: 只保留值在 L ~ R 之间的节点

    public TreeNode trimBST(TreeNode root, int L, int R) {
        if (root == null) return null;
        if (root.val > R) return trimBST(root.left, L, R);
        if (root.val < L) return trimBST(root.right, L, R);
        root.left = trimBST(root.left, L, R);
        root.right = trimBST(root.right, L, R);
        return root;
    }

寻找二叉查找树的第 k 个元素

230. Kth Smallest Element in a BST (Medium) 在新窗口打开open in new window

中序遍历解法:

    private int cnt = 0;
    private int val;

    public int kthSmallest(TreeNode root, int k) {
        inOrder(root, k);
        return val;
    }

    private void inOrder(TreeNode node, int k) {
        if (node == null) return;
        inOrder(node.left, k);
        cnt++;
        if (cnt == k) {
            val = node.val;
            return;
        }
        inOrder(node.right, k);
    }

递归解法:

    public int kthSmallest(TreeNode root, int k) {
        int leftCnt = count(root.left);
        if (leftCnt == k - 1) return root.val;
        if (leftCnt > k - 1) return kthSmallest(root.left, k);
        return kthSmallest(root.right, k - leftCnt - 1);
    }

    private int count(TreeNode node) {
        if (node == null) return 0;
        return 1 + count(node.left) + count(node.right);
    }

把二叉查找树每个节点的值都加上比它大的节点的值

Convert BST to Greater Tree (Easy) 在新窗口打开open in new window

    Input: The root of a Binary Search Tree like this:

                  5
                /   \
               2     13

    Output: The root of a Greater Tree like this:

                 18
                /   \
              20     13

先遍历右子树。

    private int sum = 0;

    public TreeNode convertBST(TreeNode root) {
        traver(root);
        return root;
    }

    private void traver(TreeNode node) {
        if (node == null) return;
        traver(node.right);
        sum += node.val;
        node.val = sum;
        traver(node.left);
    }

二叉查找树的最近公共祖先

235. Lowest Common Ancestor of a Binary Search Tree (Easy) 在新窗口打开open in new window

            _______6______
          /                \
      ___2__             ___8__
     /      \           /      \
    0        4         7        9
            /  \
           3   5

    For example, the lowest common ancestor (LCA) of nodes 2 and 8 is 6. Another example is LCA of nodes 2 and 4 is 2, since a node can be a descendant of itself according to the LCA definition.

    public TreeNode lowestCommonAncestor(TreeNode root, TreeNode p, TreeNode q) {
        if (root.val > p.val && root.val > q.val) return lowestCommonAncestor(root.left, p, q);
        if (root.val < p.val && root.val < q.val) return lowestCommonAncestor(root.right, p, q);
        return root;
    }

二叉树的最近公共祖先

236. Lowest Common Ancestor of a Binary Tree (Medium) 在新窗口打开open in new window

           _______3______
          /              \
      ___5__           ___1__
     /      \         /      \
    6        2       0        8
            /  \
           7    4

    For example, the lowest common ancestor (LCA) of nodes 5 and 1 is 3. Another example is LCA of nodes 5 and 4 is 5, since a node can be a descendant of itself according to the LCA definition.

    public TreeNode lowestCommonAncestor(TreeNode root, TreeNode p, TreeNode q) {
        if (root == null || root == p || root == q) return root;
        TreeNode left = lowestCommonAncestor(root.left, p, q);
        TreeNode right = lowestCommonAncestor(root.right, p, q);
        return left == null ? right : right == null ? left : root;
    }

从有序数组中构造二叉查找树

108. Convert Sorted Array to Binary Search Tree (Easy) 在新窗口打开open in new window

    public TreeNode sortedArrayToBST(int[] nums) {
        return toBST(nums, 0, nums.length - 1);
    }

    private TreeNode toBST(int[] nums, int sIdx, int eIdx){
        if (sIdx > eIdx) return null;
        int mIdx = (sIdx + eIdx) / 2;
        TreeNode root = new TreeNode(nums[mIdx]);
        root.left =  toBST(nums, sIdx, mIdx - 1);
        root.right = toBST(nums, mIdx + 1, eIdx);
        return root;
    }

根据有序链表构造平衡的二叉查找树

109. Convert Sorted List to Binary Search Tree (Medium) 在新窗口打开open in new window

    Given the sorted linked list: [-10,-3,0,5,9],

    One possible answer is: [0,-3,9,-10,null,5], which represents the following height balanced BST:

          0
         / \
       -3   9
       /   /
     -10  5

    public TreeNode sortedListToBST(ListNode head) {
        if (head == null) return null;
        if (head.next == null) return new TreeNode(head.val);
        ListNode preMid = preMid(head);
        ListNode mid = preMid.next;
        preMid.next = null;  // 断开链表
        TreeNode t = new TreeNode(mid.val);
        t.left = sortedListToBST(head);
        t.right = sortedListToBST(mid.next);
        return t;
    }

    private ListNode preMid(ListNode head) {
        ListNode slow = head, fast = head.next;
        ListNode pre = head;
        while (fast != null && fast.next != null) {
            pre = slow;
            slow = slow.next;
            fast = fast.next.next;
        }
        return pre;
    }

在二叉查找树中寻找两个节点,使它们的和为一个给定值

653. Two Sum IV - Input is a BST (Easy) 在新窗口打开open in new window

    Input:

        5
       / \
      3   6
     / \   \
    2   4   7

    Target = 9

    Output: True

使用中序遍历得到有序数组之后,再利用双指针对数组进行查找。

应该注意到,这一题不能用分别在左右子树两部分来处理这种思想,因为两个待求的节点可能分别在左右子树中。

    public boolean findTarget(TreeNode root, int k) {
        List<Integer> nums = new ArrayList<>();
        inOrder(root, nums);
        int i = 0, j = nums.size() - 1;
        while (i < j) {
            int sum = nums.get(i) + nums.get(j);
            if (sum == k) return true;
            if (sum < k) i++;
            else j--;
        }
        return false;
    }

    private void inOrder(TreeNode root, List<Integer> nums) {
        if (root == null) return;
        inOrder(root.left, nums);
        nums.add(root.val);
        inOrder(root.right, nums);
    }

在二叉查找树中查找两个节点之差的最小绝对值

530. Minimum Absolute Difference in BST (Easy) 在新窗口打开open in new window

    Input:

       1
        \
         3
        /
       2

    Output:

    1

利用二叉查找树的中序遍历为有序的性质,计算中序遍历中临近的两个节点之差的绝对值,取最小值。

    private int minDiff = Integer.MAX_VALUE;
    private TreeNode preNode = null;

    public int getMinimumDifference(TreeNode root) {
        inOrder(root);
        return minDiff;
    }

    private void inOrder(TreeNode node) {
        if (node == null) return;
        inOrder(node.left);
        if (preNode != null) minDiff = Math.min(minDiff, node.val - preNode.val);
        preNode = node;
        inOrder(node.right);
    }

寻找二叉查找树中出现次数最多的值

501. Find Mode in Binary Search Tree (Easy) 在新窗口打开open in new window

       1
        \
         2
        /
       2

    return [2].

答案可能不止一个,也就是有多个值出现的次数一样多。

    private int curCnt = 1;
    private int maxCnt = 1;
    private TreeNode preNode = null;

    public int[] findMode(TreeNode root) {
        List<Integer> maxCntNums = new ArrayList<>();
        inOrder(root, maxCntNums);
        int[] ret = new int[maxCntNums.size()];
        int idx = 0;
        for (int num : maxCntNums) {
            ret[idx++] = num;
        }
        return ret;
    }

    private void inOrder(TreeNode node, List<Integer> nums) {
        if (node == null) return;
        inOrder(node.left, nums);
        if (preNode != null) {
            if (preNode.val == node.val) curCnt++;
            else curCnt = 1;
        }
        if (curCnt > maxCnt) {
            maxCnt = curCnt;
            nums.clear();
            nums.add(node.val);
        } else if (curCnt == maxCnt) {
            nums.add(node.val);
        }
        preNode = node;
        inOrder(node.right, nums);
    }

参考文章

本文主要来源于@skywang12345的https://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3576452.html,在此基础上重新组织和增加了内容。

http://www.sohu.com/a/113502963_464041

https://www.cnblogs.com/QG-whz/p/5168620.html

https://blog.csdn.net/isea533/article/details/80345507

上次编辑于:
贡献者: javatodo