算法第三十九天-验证二叉树的前序序列化
验证二叉树的前序序列化
题目要求
解题思路
方法一:栈
栈的思路是「自底向上」的想法。下面要结合本题是「前序遍历」这个重要特点。
我们知道「前序遍历」是按照「根节点-左子树-右子树」的顺序遍历的,只有当根节点的所有左子树遍历完成之后,才会遍历右子树。对于本题的输入,我们可以先判断「左子树」是否有效的,然后再判断「右子树」是否有效的,最后判断「根节点-左子树-右子树」是否为有效的。这个思路类似于递归,而把递归改写成循环时,就会使用「栈」,这就是本题使用「栈」的原因。
下面的重点是如何判断一棵子树是否有效?首先考虑最简单情况:怎么判断一个节点是叶子节点?很明显,当一个节点的两个孩子都是 "#"
(空)的时候,该节点就是叶子节点。
当一个节点不是叶子节点的时候,那么它必定至少有一个孩子非空!有两种情况:
两个孩子都非"#"
(空);
一个孩子为"#"
(空),另一个孩子非"#"
(空);
为了兼容这两个情况,我们想出了本题的一个重磅级的技巧:把有效的叶子节点使用 "#"
代替。 比如把 4##
替换成 #
。此时,叶子节点会变成空节点!
具体操作流程示例如下:
如输入:"9,3,4,#,#,1,#,#,2,#,6,#,#"
,当遇到 x,#,#
的时候,就把它变为 #
。
模拟一遍过程:
[9,3,4,#,#] => [9,3,#]
,继续[9,3,#,1,#,#] => [9,3,#,#] => [9,#]
,继续[9,#2,#,6,#,#] => [9,#,2,#,#] => [9,#,#] => [#]
,结束
方法二:计算入度出度
背景知识:
- 入度:有多少个节点指向它;
- 出度:它指向多少个节点。
我们知道在树(甚至图)中,所有节点的入度之和等于出度之和。可以根据这个特点判断输入序列是否为有效的!
在一棵二叉树中:
- 每个空节点(
"#"
)会提供 0 个出度和 1 个入度。 - 每个非空节点会提供 2 个出度和 1 个入度(根节点的入度是 0)。
我们只要把字符串遍历一次,每个节点都累加 diff = 出度 - 入度
。在遍历到任何一个节点的时候,要求diff >= 0
,原因是还没遍历到该节点的子节点,所以此时的出度应该大于等于入度。当所有节点遍历完成之后,整棵树的 diff == 0
。
这里解释一下为什么下面的代码中 diff
的初始化为 1。因为,我们加入一个非空节点时,都会对 diff
先减去 1(入度),再加上 2(出度)。但是由于根节点没有父节点,所以其入度为 0,出度为 2。因此 diff
初始化为 1,是为了在加入根节点的时候,diff 先减去 1(入度),再加上 2(出度),此时 diff
正好应该是2.
代码
方法一:
class Solution(object): def isValidSerialization(self, preorder): stack = [] for node in preorder.split(','): stack.append(node) while len(stack) >= 3 and stack[-1] == stack[-2] == '#' and stack[-3] != '#': stack.pop(), stack.pop(), stack.pop() stack.append('#') return len(stack) == 1 and stack.pop() == '#'
方法二:
class Solution(object): def isValidSerialization(self, preorder): nodes = preorder.split(',') diff = 1 for node in nodes: diff -= 1 if diff < 0: return Falseif node != '#': diff += 2 return diff == 0
复杂度分析
方法一:
- 时间复杂度: O ( N ) O(N) O(N)
- 空间复杂度: O ( N ) O(N) O(N)
方法二:
- 时间复杂度: O ( N ) O(N) O(N)
- 空间复杂度: O ( 1 ) O(1) O(1)
参考
负雪明烛
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