代码随想录阅读笔记-二叉树【二叉搜索树中的众数】

题目

给定一个有相同值的二叉搜索树（BST），找出 BST 中的所有众数（出现频率最高的元素）。

假定 BST 有如下定义：

• 结点左子树中所含结点的值小于等于当前结点的值
• 结点右子树中所含结点的值大于等于当前结点的值
• 左子树和右子树都是二叉搜索树

例如：

给定 BST [1,null,2,2],

返回[2].

提示：如果众数超过1个，不需考虑输出顺序

进阶：你可以不使用额外的空间吗？（假设由递归产生的隐式调用栈的开销不被计算在内）

思路

这道题目如果不是二叉搜索树的话，应该怎么解题，是二叉搜索树，又应该如何解题，两种方式做一个比较，可以加深大家对二叉树的理解。

递归法

如果不是二叉搜索树

如果不是二叉搜索树，最直观的方法一定是把这个树都遍历了，用map统计频率，把频率排个序，最后取前面高频的元素的集合。

具体步骤如下：

1、这个树都遍历了，用map统计频率

至于用前中后序哪种遍历也不重要，因为就是要全遍历一遍，怎么个遍历法都行，层序遍历都没毛病！

这里采用前序遍历，代码如下：

// map<int, int> key:元素，value:出现频率
void searchBST(TreeNode* cur, unordered_map<int, int>& map) { // 前序遍历if (cur == NULL) return ;map[cur->val]++; // 统计元素频率searchBST(cur->left, map);searchBST(cur->right, map);return ;
}

2、把统计的出来的出现频率（即map中的value）排个序

有的同学可能可以想直接对map中的value排序，还真做不到，C++中如果使用std::map或者std::multimap可以对key排序，但不能对value排序。

所以要把map转化数组即vector，再进行排序，当然vector里面放的也是pair<int, int>类型的数据，第一个int为元素，第二个int为出现频率。

bool static cmp (const pair<int, int>& a, const pair<int, int>& b) {return a.second > b.second; // 按照频率从大到小排序
}vector<pair<int, int>> vec(map.begin(), map.end());
sort(vec.begin(), vec.end(), cmp); // 给频率排个序

3、取前面高频的元素

此时数组vector中已经是存放着按照频率排好序的pair，那么把前面高频的元素取出来就可以了。

result.push_back(vec[0].first);
for (int i = 1; i < vec.size(); i++) {// 取最高的放到result数组中if (vec[i].second == vec[0].second) result.push_back(vec[i].first);else break;
}
return result;

整体C++代码如下：

class Solution {
private:void searchBST(TreeNode* cur, unordered_map<int, int>& map) { // 前序遍历if (cur == NULL) return ;map[cur->val]++; // 统计元素频率searchBST(cur->left, map);searchBST(cur->right, map);return ;
}
bool static cmp (const pair<int, int>& a, const pair<int, int>& b) {return a.second > b.second;
}
public:vector<int> findMode(TreeNode* root) {unordered_map<int, int> map; // key:元素，value:出现频率vector<int> result;if (root == NULL) return result;searchBST(root, map);vector<pair<int, int>> vec(map.begin(), map.end());sort(vec.begin(), vec.end(), cmp); // 给频率排个序result.push_back(vec[0].first);for (int i = 1; i < vec.size(); i++) {// 取最高的放到result数组中if (vec[i].second == vec[0].second) result.push_back(vec[i].first);else break;}return result;}
};

所以如果本题没有说是二叉搜索树的话，那么就按照上面的思路写！

二叉搜索树

既然是搜索树，它中序遍历就是有序的。

如图：

中序遍历代码如下：

void searchBST(TreeNode* cur) {if (cur == NULL) return ;searchBST(cur->left);       // 左（处理节点）                // 中searchBST(cur->right);      // 右return ;
}

遍历有序数组的元素出现频率，从头遍历，那么一定是相邻两个元素作比较，然后就把出现频率最高的元素输出就可以了。

关键是在有序数组上的话，好搞，在树上怎么搞呢？

这就考察对树的操作了。

在上一篇博客中我们就使用了pre指针和cur指针的技巧，这次又用上了。

弄一个指针指向前一个节点，这样每次cur（当前节点）才能和pre（前一个节点）作比较。

而且初始化的时候pre = NULL，这样当pre为NULL时候，我们就知道这是比较的第一个元素。

代码如下：

if (pre == NULL) { // 第一个节点count = 1; // 频率为1
} else if (pre->val == cur->val) { // 与前一个节点数值相同count++;
} else { // 与前一个节点数值不同count = 1;
}
pre = cur; // 更新上一个节点

此时又有问题了，因为要求最大频率的元素集合（注意是集合，不是一个元素，可以有多个众数），如果是数组上大家一般怎么办？

应该是先遍历一遍数组，找出最大频率（maxCount），然后再重新遍历一遍数组把出现频率为maxCount的元素放进集合。（因为众数有多个）

这种方式遍历了两遍数组。

那么我们遍历两遍二叉搜索树，把众数集合算出来也是可以的。

但这里其实只需要遍历一次就可以找到所有的众数。

那么如何只遍历一遍呢？

如果 频率count 等于 maxCount（最大频率），当然要把这个元素加入到结果集中（以下代码为result数组），代码如下：

if (count == maxCount) { // 如果和最大值相同，放进result中result.push_back(cur->val);
}

是不是感觉这里有问题，result怎么能轻易就把元素放进去了呢，万一，这个maxCount此时还不是真正最大频率呢。

所以下面要做如下操作：

频率count 大于 maxCount的时候，不仅要更新maxCount，而且要清空结果集（以下代码为result数组），因为结果集之前的元素都失效了。

if (count > maxCount) { // 如果计数大于最大值maxCount = count;   // 更新最大频率result.clear();     // 很关键的一步，不要忘记清空result，之前result里的元素都失效了result.push_back(cur->val);
}

关键代码都讲完了，完整代码如下：（只需要遍历一遍二叉搜索树，就求出了众数的集合）

class Solution {
private:int maxCount = 0; // 最大频率int count = 0; // 统计频率TreeNode* pre = NULL;vector<int> result;void searchBST(TreeNode* cur) {if (cur == NULL) return ;searchBST(cur->left);       // 左// 中if (pre == NULL) { // 第一个节点count = 1;} else if (pre->val == cur->val) { // 与前一个节点数值相同count++;} else { // 与前一个节点数值不同count = 1;}pre = cur; // 更新上一个节点if (count == maxCount) { // 如果和最大值相同，放进result中result.push_back(cur->val);}if (count > maxCount) { // 如果计数大于最大值频率maxCount = count;   // 更新最大频率result.clear();     // 很关键的一步，不要忘记清空result，之前result里的元素都失效了result.push_back(cur->val);}searchBST(cur->right);      // 右return ;}public:vector<int> findMode(TreeNode* root) {count = 0;maxCount = 0;pre = NULL; // 记录前一个节点result.clear();searchBST(root);return result;}
};

迭代法

只要把中序遍历转成迭代，中间节点的处理逻辑完全一样。

下面我给出其中的一种中序遍历的迭代法，其中间处理逻辑一点都没有变（我从递归法直接粘过来的代码，连注释都没改）

代码如下：

class Solution {
public:vector<int> findMode(TreeNode* root) {stack<TreeNode*> st;TreeNode* cur = root;TreeNode* pre = NULL;int maxCount = 0; // 最大频率int count = 0; // 统计频率vector<int> result;while (cur != NULL || !st.empty()) {if (cur != NULL) { // 指针来访问节点，访问到最底层st.push(cur); // 将访问的节点放进栈cur = cur->left;                // 左} else {cur = st.top();st.pop();                       // 中if (pre == NULL) { // 第一个节点count = 1;} else if (pre->val == cur->val) { // 与前一个节点数值相同count++;} else { // 与前一个节点数值不同count = 1;}if (count == maxCount) { // 如果和最大值相同，放进result中result.push_back(cur->val);}if (count > maxCount) { // 如果计数大于最大值频率maxCount = count;   // 更新最大频率result.clear();     // 很关键的一步，不要忘记清空result，之前result里的元素都失效了result.push_back(cur->val);}pre = cur;cur = cur->right;               // 右}}return result;}
};

总结

本题在递归法中，给出了如果是普通二叉树，应该怎么求众数。

知道了普通二叉树的做法时候，再进一步给出二叉搜索树又应该怎么求众数，这样鲜明的对比，相信会对二叉树又有更深层次的理解了。

在递归遍历二叉搜索树的过程中还介绍了一个统计最高出现频率元素集合的技巧， 要不然就要遍历两次二叉搜索树才能把这个最高出现频率元素的集合求出来。

为什么没有这个技巧一定要遍历两次呢？ 因为要求的是集合，会有多个众数，如果规定只有一个众数，那么就遍历一次稳稳的了。

最后给出对应的迭代法，其实就是迭代法中序遍历的模板加上递归法中中间节点的处理逻辑。