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劍指Offer面試題6(Java版):重建二叉樹

題目:輸入某二叉樹的前序遍歷和中序遍歷的結果,請重新構造出該二叉樹。假設輸入的前序遍歷和中序遍歷的結果中不包含重複的數字。例如輸入的前序遍歷序列為{1,2,4,7,3,5,6,8}和中序遍歷為{4,7,2,1,5,3,6,8},則重建出二叉樹並輸出它的頭結點。

在二叉樹的前序遍歷序列中,第一個數字總是樹的根節點的值。但在中序遍歷中,根節點的值在序列的中間,左子樹的結點的值位於根節點的值的左邊,而右子樹的結點的值位於根節點的右邊。因此我們需要掃描中序遍歷序列,才能找到根節點的值。

如圖所示,前序遍歷序列的第一個數字1就是根節點的值。掃描中序遍歷序列,就能確定根節點的值的位置。根據中序遍歷的特點,在根節點的值1前面3個數字都是左子樹結點的值,位於1後面的數字都是右子樹結點的值。


由於中序遍歷序列中,有3個數字是左子樹結點的值,因此左子樹總共有3個左子結點。同樣,在前序遍歷的序列中,根節點後面的3個數字就是3個左子樹結點的值,再後面的所有數字都是右子樹結點的值。這樣我們就在前序遍歷和中序遍歷兩個序列中,分別找到了左右子樹對應的子序列。


既然我們已經分別找到了左、右子樹的前序遍歷序列和中序遍歷序列,我們可以用同樣的方法分別去構建左右子樹。也就是說,接下來的事情可以用遞迴的方法去完成。

我們使用Java語言來實現上面的程式碼:

首先構建二叉樹程式碼:

package utils;

public class BinaryTreeNode {
	public int value;
	public BinaryTreeNode leftNode;
	public BinaryTreeNode rightNode;
	
	public BinaryTreeNode(){
		
	}
	public BinaryTreeNode(int value){
		this.value = value ;
		this.leftNode = null;
		this.rightNode = null;
	}
	
}

重建二叉樹程式碼:
package swordForOffer;

/**
 * @author JInShuangQi
 *
 * 2015年7月25日
 */
import utils.BinaryTreeNode;

public class E06ConstructBinaryTree {
	/**
     * 
     * @param preOrder 前序遍歷陣列
     * @param inOrder 中序遍歷陣列
     * @param length 陣列長度
     * @return 根結點
     */
    public static BinaryTreeNode Construct(int[] preOrder, int[] inOrder,int length){
        if (preOrder == null || inOrder == null || length <= 0) {
            return null;
        }
        try {
            return ConstructCore(preOrder, 0, preOrder.length - 1, inOrder, 0,inOrder.length - 1);
        } catch (InvalidPutException e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }

    /**
     * 
     * @param PreOrder
     *            前序遍歷序列
     * @param startPreIndex
     *            前序序列開始位置
     * @param endPreIndex
     *            前序序列結束位置
     * @param InOrder
     *            中序遍歷序列
     * @param startInIndex
     *            中序序列開始位置
     * @param endInIndex
     *            中序序列結束位置
     * @return 根結點
     * @throws InvalidPutException
     */
    public static BinaryTreeNode ConstructCore(int[] preOrder,int startPreIndex, int endPreIndex, 
    		int[] inOrder,int startInIndex, int endInIndex) throws InvalidPutException {

        int rootValue = preOrder[startPreIndex];
        System.out.println("rootValue = " + rootValue);
        BinaryTreeNode root = new BinaryTreeNode(rootValue);

        // 只有一個元素
        if (startPreIndex == endPreIndex) {
            if (startInIndex == endInIndex
                    && preOrder[startPreIndex] == inOrder[startInIndex]) {
                System.out.println("only one element");
                return root;
            } else {
                throw new InvalidPutException();
            }
        }

        // 在中序遍歷中找到根結點的索引
        int rootInIndex = startInIndex;

        while (rootInIndex <= endInIndex && inOrder[rootInIndex] != rootValue) {
            ++rootInIndex;
        }

        if (rootInIndex == endInIndex && inOrder[rootInIndex] != rootValue) {
            throw new InvalidPutException();

        }

        int leftLength = rootInIndex - startInIndex;

        int leftPreOrderEndIndex = startPreIndex + leftLength;

        if (leftLength > 0) {
            // 構建左子樹
            root.leftNode = ConstructCore(preOrder, startPreIndex + 1,
                    leftPreOrderEndIndex, inOrder, startInIndex,
                    rootInIndex - 1);
        }

        if (leftLength < endPreIndex - startPreIndex) {
            // 右子樹有元素,構建右子樹
            root.rightNode = ConstructCore(preOrder, leftPreOrderEndIndex + 1,
                    endPreIndex, inOrder, rootInIndex + 1, endInIndex);
        }
        return root;
    }

    static class InvalidPutException extends Exception {

        private static final long serialVersionUID = 1L;

    }

    public static void printPreOrder(BinaryTreeNode root) {
        if (root == null) {
            return;
        } else {
            System.out.print(root.value + " ");
        }

        if (root.leftNode != null) {
            printPreOrder(root.leftNode);
        }

        if (root.rightNode != null) {
            printPreOrder(root.rightNode);
        }
    }

	public static void main(String[] args) throws Exception{
		E06ConstructBinaryTree test=new E06ConstructBinaryTree();
		int[] preOrder={1,2,4,7,3,5,6,8};
		int[] inOrder={4,7,2,1,5,3,8,6};
		 printPreOrder(Construct(preOrder, inOrder, preOrder.length));
	}
}
在函式ConstructCore中,我們先根據先序遍歷的第一個數字建立根節點,接下來在中序遍歷中找到根節點的位置,這樣就能確定左右子樹節點的數量。在前序遍歷和中序遍歷的序列中劃分左右子樹節點的值之後,我們就可以遞迴呼叫函式ConstructCore,去分別構建它的左右子樹。