Skip to content

Latest commit

 

History

History
455 lines (361 loc) · 15.3 KB

0257.二叉树的所有路径.md

File metadata and controls

455 lines (361 loc) · 15.3 KB

欢迎大家参与本项目,贡献其他语言版本的代码,拥抱开源,让更多学习算法的小伙伴们收益!

以为只用了递归,其实还用了回溯

257. 二叉树的所有路径

题目地址:https://leetcode-cn.com/problems/binary-tree-paths/

给定一个二叉树,返回所有从根节点到叶子节点的路径。

说明: 叶子节点是指没有子节点的节点。

示例: 257.二叉树的所有路径1

思路

这道题目要求从根节点到叶子的路径,所以需要前序遍历,这样才方便让父节点指向孩子节点,找到对应的路径。

在这道题目中将第一次涉及到回溯,因为我们要把路径记录下来,需要回溯来回退一一个路径在进入另一个路径。

前序遍历以及回溯的过程如图:

257.二叉树的所有路径

我们先使用递归的方式,来做前序遍历。要知道递归和回溯就是一家的,本题也需要回溯。

递归

  1. 递归函数函数参数以及返回值

要传入根节点,记录每一条路径的path,和存放结果集的result,这里递归不需要返回值,代码如下:

void traversal(TreeNode* cur, vector<int>& path, vector<string>& result)
  1. 确定递归终止条件

再写递归的时候都习惯了这么写:

if (cur == NULL) {
    终止处理逻辑
}

但是本题的终止条件这样写会很麻烦,因为本题要找到叶子节点,就开始结束的处理逻辑了(把路径放进result里)。

那么什么时候算是找到了叶子节点? 是当 cur不为空,其左右孩子都为空的时候,就找到叶子节点。

所以本题的终止条件是:

if (cur->left == NULL && cur->right == NULL) {
    终止处理逻辑
}

为什么没有判断cur是否为空呢,因为下面的逻辑可以控制空节点不入循环。

再来看一下终止处理的逻辑。

这里使用vector 结构path来记录路径,所以要把vector 结构的path转为string格式,在把这个string 放进 result里。

那么为什么使用了vector 结构来记录路径呢? 因为在下面处理单层递归逻辑的时候,要做回溯,使用vector方便来做回溯。

可能有的同学问了,我看有些人的代码也没有回溯啊。

其实是有回溯的,只不过隐藏在函数调用时的参数赋值里,下文我还会提到。

这里我们先使用vector结构的path容器来记录路径,那么终止处理逻辑如下:

if (cur->left == NULL && cur->right == NULL) { // 遇到叶子节点
    string sPath;
    for (int i = 0; i < path.size() - 1; i++) { // 将path里记录的路径转为string格式
        sPath += to_string(path[i]);
        sPath += "->";
    }
    sPath += to_string(path[path.size() - 1]); // 记录最后一个节点(叶子节点)
    result.push_back(sPath); // 收集一个路径
    return;
}
  1. 确定单层递归逻辑

因为是前序遍历,需要先处理中间节点,中间节点就是我们要记录路径上的节点,先放进path中。

path.push_back(cur->val);

然后是递归和回溯的过程,上面说过没有判断cur是否为空,那么在这里递归的时候,如果为空就不进行下一层递归了。

所以递归前要加上判断语句,下面要递归的节点是否为空,如下

if (cur->left) {
    traversal(cur->left, path, result);
}
if (cur->right) {
    traversal(cur->right, path, result);
}

此时还没完,递归完,要做回溯啊,因为path 不能一直加入节点,它还要删节点,然后才能加入新的节点。

那么回溯要怎么回溯呢,一些同学会这么写,如下:

if (cur->left) {
    traversal(cur->left, path, result);
}
if (cur->right) {
    traversal(cur->right, path, result);
}
path.pop_back();

这个回溯就要很大的问题,我们知道,回溯和递归是一一对应的,有一个递归,就要有一个回溯,这么写的话相当于把递归和回溯拆开了, 一个在花括号里,一个在花括号外。

所以回溯要和递归永远在一起,世界上最遥远的距离是你在花括号里,而我在花括号外!

那么代码应该这么写:

if (cur->left) {
    traversal(cur->left, path, result);
    path.pop_back(); // 回溯
}
if (cur->right) {
    traversal(cur->right, path, result);
    path.pop_back(); // 回溯
}

那么本题整体代码如下:

class Solution {
private:

    void traversal(TreeNode* cur, vector<int>& path, vector<string>& result) {
        path.push_back(cur->val);
        // 这才到了叶子节点
        if (cur->left == NULL && cur->right == NULL) {
            string sPath;
            for (int i = 0; i < path.size() - 1; i++) {
                sPath += to_string(path[i]);
                sPath += "->";
            }
            sPath += to_string(path[path.size() - 1]);
            result.push_back(sPath);
            return;
        }
        if (cur->left) {
            traversal(cur->left, path, result);
            path.pop_back(); // 回溯
        }
        if (cur->right) {
            traversal(cur->right, path, result);
            path.pop_back(); // 回溯
        }
    }

public:
    vector<string> binaryTreePaths(TreeNode* root) {
        vector<string> result;
        vector<int> path;
        if (root == NULL) return result;
        traversal(root, path, result);
        return result;
    }
};

如上的C++代码充分体现了回溯。

那么如上代码可以精简成如下代码:

class Solution {
private:

    void traversal(TreeNode* cur, string path, vector<string>& result) {
        path += to_string(cur->val); //
        if (cur->left == NULL && cur->right == NULL) {
            result.push_back(path);
            return;
        }
        if (cur->left) traversal(cur->left, path + "->", result); //
        if (cur->right) traversal(cur->right, path + "->", result); //
    }

public:
    vector<string> binaryTreePaths(TreeNode* root) {
        vector<string> result;
        string path;
        if (root == NULL) return result;
        traversal(root, path, result);
        return result;

    }
};

如上代码精简了不少,也隐藏了不少东西。

注意在函数定义的时候void traversal(TreeNode* cur, string path, vector<string>& result) ,定义的是string path,每次都是复制赋值,不用使用引用,否则就无法做到回溯的效果。

那么在如上代码中,貌似没有看到回溯的逻辑,其实不然,回溯就隐藏在traversal(cur->left, path + "->", result);中的 path + "->" 每次函数调用完,path依然是没有加上"->" 的,这就是回溯了。

**如果这里还不理解的话,可以看这篇二叉树:以为使用了递归,其实还隐藏着回溯,我这这篇中详细的解释了递归中如何隐藏着回溯。 **

综合以上,第二种递归的代码虽然精简但把很多重要的点隐藏在了代码细节里,第一种递归写法虽然代码多一些,但是把每一个逻辑处理都完整的展现了出来了。

迭代法

至于非递归的方式,我们可以依然可以使用前序遍历的迭代方式来模拟遍历路径的过程,对该迭代方式不了解的同学,可以看文章二叉树:听说递归能做的,栈也能做!二叉树:前中后序迭代方式的写法就不能统一一下么?

这里除了模拟递归需要一个栈,同时还需要一个栈来存放对应的遍历路径。

C++代码如下:

class Solution {
public:
    vector<string> binaryTreePaths(TreeNode* root) {
        stack<TreeNode*> treeSt;// 保存树的遍历节点
        stack<string> pathSt;   // 保存遍历路径的节点
        vector<string> result;  // 保存最终路径集合
        if (root == NULL) return result;
        treeSt.push(root);
        pathSt.push(to_string(root->val));
        while (!treeSt.empty()) {
            TreeNode* node = treeSt.top(); treeSt.pop(); // 取出节点 中
            string path = pathSt.top();pathSt.pop();    // 取出该节点对应的路径
            if (node->left == NULL && node->right == NULL) { // 遇到叶子节点
                result.push_back(path);
            }
            if (node->right) { //
                treeSt.push(node->right);
                pathSt.push(path + "->" + to_string(node->right->val));
            }
            if (node->left) { //
                treeSt.push(node->left);
                pathSt.push(path + "->" + to_string(node->left->val));
            }
        }
        return result;
    }
};

当然,使用java的同学,可以直接定义一个成员变量为object的栈Stack<Object> stack = new Stack<>();,这样就不用定义两个栈了,都放到一个栈里就可以了。

总结

本文我们开始初步涉及到了回溯,很多同学过了这道题目,可能都不知道自己其实使用了回溯,回溯和递归都是相伴相生的。

我在第一版递归代码中,把递归与回溯的细节都充分的展现了出来,大家可以自己感受一下。

第二版递归代码对于初学者其实非常不友好,代码看上去简单,但是隐藏细节于无形。

最后我依然给出了迭代法。

对于本地充分了解递归与回溯的过程之后,有精力的同学可以在去实现迭代法。

其他语言版本

Java:

//解法一
class Solution {
    /**
     * 递归法
     */
    public List<String> binaryTreePaths(TreeNode root) {
        List<String> res = new ArrayList<>();
        if (root == null) {
            return res;
        }
        List<Integer> paths = new ArrayList<>();
        traversal(root, paths, res);
        return res;
    }

    private void traversal(TreeNode root, List<Integer> paths, List<String> res) {
        paths.add(root.val);
        // 叶子结点
        if (root.left == null && root.right == null) {
            // 输出
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            for (int i = 0; i < paths.size() - 1; i++) {
                sb.append(paths.get(i)).append("->");
            }
            sb.append(paths.get(paths.size() - 1));
            res.add(sb.toString());
            return;
        }
        if (root.left != null) {
            traversal(root.left, paths, res);
            paths.remove(paths.size() - 1);// 回溯
        }
        if (root.right != null) {
            traversal(root.right, paths, res);
            paths.remove(paths.size() - 1);// 回溯
        }
    }
}

//解法二(常规前序遍历,不用回溯),更容易理解
class Solution {
    public List<String> binaryTreePaths(TreeNode root) {
        List<String> res = new ArrayList<>();
        helper(root, new StringBuilder(), res);
        return res;
    }

    public void helper(TreeNode root, StringBuilder sb, List<String> res) {
        if (root == null) {return;}
      	// 遇到叶子结点就放入当前路径到res集合中
        if (root.left == null && root.right ==null) {
            sb.append(root.val);
            res.add(sb.toString());
          	// 记得结束当前方法
            return;
        }
        helper(root.left,new StringBuilder(sb).append(root.val + "->"),res);
        helper(root.right,new StringBuilder(sb).append(root.val + "->"),res);
    }
}

//针对解法二优化,思路本质是一样的
class Solution {
    public List<String> binaryTreePaths(TreeNode root) {
        List<String> res = new ArrayList<>();
        helper(root, "", res);
        return res;
    }

    public void helper(TreeNode root, String path, List<String> res) {
        if (root == null) {return;}
      	// 由原始解法二可以知道,root的值肯定会下面某一个条件加入到path中,那么干脆直接在这一步加入即可
        StringBuilder sb = new StringBuilder(path);
        sb.append(root.val);
        if (root.left == null && root.right ==null) {
            res.add(sb.toString());
        }else{
          	// 如果是非叶子结点则还需要跟上一个 “->”
            sb.append("->");
            helper(root.left,sb.toString(),res);
            helper(root.right,sb.toString(),res);
        }
    }
}

Python:

# class TreeNode:
#     def __init__(self, val=0, left=None, right=None):
#         self.val = val
#         self.left = left
#         self.right = right
class Solution:
    def binaryTreePaths(self, root: TreeNode) -> List[str]:
        path=[]
        res=[]
        def backtrace(root, path):
            if not root:return 
            path.append(root.val)
            if (not root.left)and (not root.right):
               res.append(path[:])
            ways=[]
            if root.left:ways.append(root.left)
            if root.right:ways.append(root.right)
            for way in ways:
                backtrace(way,path)
                path.pop()
        backtrace(root,path)
        return ["->".join(list(map(str,i))) for i in res]

Go:

func binaryTreePaths(root *TreeNode) []string {
    res := make([]string, 0)
    var travel func(node *TreeNode, s string)
    travel = func(node *TreeNode, s string) {
        if node.Left == nil && node.Right == nil {
            v := s + strconv.Itoa(node.Val)
            res = append(res, v)
            return
        }
        s = s + strconv.Itoa(node.Val) + "->"
        if node.Left != nil {
            travel(node.Left, s)
        }
        if node.Right != nil {
            travel(node.Right, s)
        }
    }
    travel(root, "")
    return res
}

JavaScript: 1.递归版本

var binaryTreePaths = function(root) {
   //递归遍历+递归三部曲
   let res=[];
   //1. 确定递归函数 函数参数
   const getPath=function(node,curPath){
    //2. 确定终止条件,到叶子节点就终止
       if(node.left===null&&node.right===null){
           curPath+=node.val;
           res.push(curPath);
           return ;
       }
       //3. 确定单层递归逻辑
       curPath+=node.val+'->';
       node.left&&getPath(node.left,curPath);
       node.right&&getPath(node.right,curPath);
   }
   getPath(root,'');
   return res;
};