力扣hot100--二叉树

目录

二叉树

1. 94. 二叉树的中序遍历

2. 98. 验证二叉搜索树

3. 101. 对称二叉树

 

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二叉树

1. 94. 二叉树的中序遍历

给定一个二叉树的根节点 root ，返回 它的 中序 遍历 。

示例 1：

输入：root = [1,null,2,3]
输出：[1,3,2]

示例 2：

输入：root = []
输出：[]

示例 3：

输入：root = [1]
输出：[1]

提示：

• 树中节点数目在范围 [0, 100] 内
• -100 <= Node.val <= 100

// 二叉树的遍历
class Solution {
public:
    vector<int> result; // 用来存储中序遍历的结果的向量

    // 中序遍历的递归函数
    void inorder(TreeNode* root){
        if(!root) return; // 如果节点为空，直接返回

        inorder(root->left); // 递归遍历左子树
        result.push_back(root->val); // 将当前节点的值加入结果向量
        inorder(root->right); // 递归遍历右子树
    }

    // 主函数，返回中序遍历的结果
    vector<int> inorderTraversal(TreeNode* root) {
        inorder(root); // 调用中序遍历的递归函数
        return result; // 返回结果向量
    }
};

解释： 

• 从根节点开始，先访问左子树，然后访问根节点，最后访问右子树。
• 对于当前的二叉树：
  • 根节点为 1，先访问左子树，但是左子树为空，因此直接访问根节点 1，将 1 加入结果数组。
  • 然后访问右子树，右子树是节点 2。
  • 对于节点 2，先访问左子树，即节点 3。访问节点 3，将 3 加入结果数组。
  • 然后访问根节点 2，将 2 加入结果数组。

2. 98. 验证二叉搜索树

给你一个二叉树的根节点 root ，判断其是否是一个有效的二叉搜索树。

有效 二叉搜索树定义如下：

• 节点的左子树只包含 小于 当前节点的数。
• 节点的右子树只包含 大于 当前节点的数。
• 所有左子树和右子树自身必须也是二叉搜索树。

示例 1：

输入：root = [2,1,3]
输出：true

示例 2：

输入：root = [5,1,4,null,null,3,6]
输出：false
解释：根节点的值是 5 ，但是右子节点的值是 4 。

提示：

• 树中节点数目范围在[1, 104] 内
• -231 <= Node.val <= 231 - 1

/**
 * 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:
    // 定义一个辅助函数，用于检查每个节点及其子树是否满足二叉搜索树的定义
    bool isBSTHelper(TreeNode* root, int minVal, int maxVal) {
        // 如果节点为空，返回true
        if (!root) return true;
        
        // 检查当前节点值是否在允许的范围内
        if (root->val <= minVal || root->val >= maxVal) {
            return false;
        }
        
        // 递归检查左子树和右子树，更新范围
        return isBSTHelper(root->left, minVal, root->val) &&
               isBSTHelper(root->right, root->val, maxVal);
    }

    // 主函数，判断给定的二叉树是否是有效的二叉搜索树
    bool isValidBST(TreeNode* root) {
        // 初始时，最小值为INT_MIN，最大值为INT_MAX
        return isBSTHelper(root, INT_MIN, INT_MAX);
    }
};

3. 101. 对称二叉树

给你一个二叉树的根节点 root ， 检查它是否轴对称。

示例 1：

输入：root = [1,2,2,3,4,4,3]
输出：true

示例 2：

输入：root = [1,2,2,null,3,null,3]
输出：false

提示：

• 树中节点数目在范围 [1, 1000] 内
• -100 <= Node.val <= 100

/**
 * 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:
    // 递归函数，检查两个子树是否是镜像对称的
    bool recursive(TreeNode* left, TreeNode* right) {
        // 如果两个子树都为空，则它们对称，返回true
        if (!left && !right) return true;
        
        // 如果一个子树为空，而另一个子树不为空，则不对称，返回false
        else if (left && !right) return false;
        else if (!left && right) return false;

        // 如果两个子树的根节点值不相等，则不对称，返回false
        if (left->val != right->val) return false;
        
        // 递归检查左子树的左子节点与右子树的右子节点是否对称，以及
        // 左子树的右子节点与右子树的左子节点是否对称
        bool flag = recursive(left->left, right->right);
        bool flag1 = recursive(left->right, right->left);

        // 只有当左右两侧子树都对称时，返回true；否则返回false
        return flag && flag1;
    }

    // 检查整个树是否是对称的
    bool isSymmetric(TreeNode* root) {
        // 如果根节点为空，树是对称的，返回true
        if (!root) return true;

        // 调用递归函数，检查根节点的左子树和右子树是否是镜像对称的
        return recursive(root->left, root->right);
    }
};

4.102. 二叉树的层序遍历

给你二叉树的根节点 root ，返回其节点值的 层序遍历 。 （即逐层地，从左到右访问所有节点）。

示例 1：

输入：root = [3,9,20,null,null,15,7]
输出：[[3],[9,20],[15,7]]

示例 2：

输入：root = [1]
输出：[[1]]

示例 3：

输入：root = []
输出：[]

提示：

• 树中节点数目在范围 [0, 2000] 内
• -1000 <= Node.val <= 1000

// 二叉树的遍历
/**
 * Definition for a binary tree node.
 * struct TreeNode {
 *     int val;                  // 节点的值
 *     TreeNode *left;          // 指向左子节点的指针
 *     TreeNode *right;         // 指向右子节点的指针
 *     TreeNode() : val(0), left(nullptr), right(nullptr) {} // 默认构造函数
 *     TreeNode(int x) : val(x), left(nullptr), right(nullptr) {} // 带值构造函数
 *     TreeNode(int x, TreeNode *left, TreeNode *right) : val(x), left(left), right(right) {} // 带值和子节点的构造函数
 * };
 */
class Solution {
public:
    vector<vector<int>> result; // 存储每一层节点值的结果

    // 层次遍历二叉树
    vector<vector<int>> levelOrder(TreeNode* root) {
        if (!root) return {}; // 如果根节点为空，返回空的二维向量

        queue<TreeNode*> q; // 创建一个队列用于存储待遍历的节点
        q.push(root); // 将根节点入队

        // 当队列不为空时，继续遍历
        while (!q.empty()) {
            int n = q.size(); // 当前层的节点数量
            vector<int> v1; // 用于存储当前层的节点值

            // 遍历当前层的所有节点
            for (int i{}; i < n; ++i) {
                TreeNode* node = q.front(); // 获取队列的前端节点
                q.pop(); // 将该节点出队

                v1.emplace_back(node->val); // 将该节点的值添加到当前层结果中

                // 将左右子节点入队（如果存在）
                if (node->left) q.push(node->left);
                if (node->right) q.push(node->right);
            }

            result.push_back(v1); // 将当前层的节点值存入结果中
        }
        return result; // 返回结果
    }
};