二叉搜索树的后序遍历序列

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题目

输入一个整数数组,判断该数组是不是某二叉搜索树的后序遍历结果。如果是则返回 true,否则返回 false。假设输入的数组的任意两个数字都互不相同。

参考以下这颗二叉搜索树:

    5
    / \
   2   6
  / \
 1   3
输入: [1,6,3,2,5]
输出: false

输入: [1,3,2,6,5]
输出: true

1.递归

如果这题说的是判断该数组是不是某二叉搜索树的中序遍历结果,那么这道题就非常简单了,因为二叉搜索树的中序遍历结果一定是有序的,我们只需要判断数组是否有序就行了。但这道题要判断的是不是某二叉搜索树的后序遍历结果,这样就有点难办了。

二叉搜索树的特点是左子树的值<根节点<右子树的值。而后续遍历的顺序是:左子节点→右子节点→根节点;

比如下面这棵二叉树,他的后续遍历是[3,5,4,10,12,9] image.png

我们知道后续遍历的最后一个数字一定是根节点,所以数组中最后一个数字9就是根节点,我们从前往后找到第一个比9大的数字10,那么10后面的[10,12](除了9)都是9的右子节点,10前面的[3,5,4]都是9的左子节点,后面的需要判断一下,如果有小于9的,说明不是二叉搜索树,直接返回false。然后再以递归的方式判断左右子树。

再来看一个,他的后续遍历是[3,5,13,10,12,9]

image.png 我们来根据数组拆分,第一个比9大的后面都是9的右子节点[13,10,12]。然后再拆分这个数组,12是根节点,第一个比12大的后面都是12的右子节点[13,10],但我们看到10是比12小的,他不可能是12的右子节点,所以我们能确定这棵树不是二叉搜索树。搞懂了上面的原理我们再来看下代码。

代码:

class Solution {
    public boolean verifyPostorder(int[] postorder) {
        boolean res = dfs(postorder,0,postorder.length-1);
        return res;
    }
    public boolean dfs(int[] postorder,int left,int right){
    //如果left==right,就一个节点不需要判断了,如果left>right说明没有节点, 
    //也不用再看了,否则就要继续往下判断
        if(left >= right) return true;
    //因为数组中最后一个值postorder[right]是根节点,这里从左往右找出第一个比
    //根节点大的值,他后面的都是根节点的右子节点(包含当前值,不包含最后一个值,
    //因为最后一个是根节点),他前面的都是根节点的左子节点

        int mid = left;
        int root = postorder[right];

        while(postorder[mid] < root){
            mid++;
        }
        int mid1=mid;
    //因为postorder[mid]前面的值都是比根节点root小的,
    //我们还需要确定postorder[mid]后面的值都要比根节点root大,
    //如果后面有比根节点小的直接返回false

        while(mid1 < right){
            if(postorder[mid1] < root) return false;
            mid1++;
        }
        //然后对左右子节点进行递归调用
        return dfs(postorder,left,mid-1) && dfs(postorder,mid,right-1);
    }
}

2,使用栈解决

我们先来画一个节点多一些的二叉搜索树,然后观察一下他的规律

image.png

他的后续遍历结果是[3,6,5,9,8,11,13,12,10]

从前往后不好看,我们来从后往前看[10,12,13,11,8,9,5,6,3]

发现挨着的两个数如果arr[i]<arr[i+1],那么arr[i+1]一定是arr[i]的右子节点,10和12是挨着的并且10<12,所以12是10的右子节点。同理12和13,8和9,5和6,他们都是挨着的。

刚才是升序,再来看降序。如果arr[i]>arr[i+1],那么arr[i+1]一定是arr[0]……arr[i]中某个节点的左子节点,并且这个值是大于arr[i+1]中最小的。比如13,11是降序的,那么11肯定是他前面某一个节点的左子节点,并且这个值是大于11中最小的,我们看到12和13都是大于11的,但12最小,所以11就是12的左子节点。同理我们可以观察到11和8是降序,8前面大于8中最小的是10,所以8就是10的左子节点。9和5是降序,6和3是降序,都遵守这个规律。

根据上面分析的过程,很容易想到使用栈来解决。遍历数组的所有元素,如果栈为空,就把当前元素压栈。如果栈不为空,并且当前元素大于栈顶元素,说明是升序的,那么就说明当前元素是栈顶元素的右子节点,就把当前元素压栈,如果一直升序,就一直压栈。当前元素小于栈顶元素,说明是倒序的,说明当前元素是某个节点的左子节点,我们目的是要找到这个左子节点的父节点,就让栈顶元素出栈,直到栈为空或者栈顶元素小于当前值为止,其中最后一个出栈的就是当前元素的父节点。

代码

public boolean verifyPostorder(int[] postorder) {
    Stack<Integer> stack = new Stack<>();
    int parent = Integer.MAX_VALUE;
    //注意for循环是倒叙遍历的 
    for (int i = postorder.length - 1; i >= 0; i--) {
        int cur = postorder[i];
        //当如果前节点小于栈顶元素,说明栈顶元素和当前值构成了倒叙, 
        //说明当前节点是前面某个节点的左子节点,我们要找到他的父节点
        while(!stack.isEmpty() && stack.peek() > cur)
            parent = stack.pop();
        //对于上面的代码执行,可以理解为,只有遇到了左子树或者左子节点的时候才会更新parent节点,
        //因为,一旦出现找左子节点,证明其右子节点已找完。开始对其左子树遍历。
        //举个上面的例子,找8时,需要找其父节点10,之后所有的值都小于10.
        if (cur > parent) return false;
        //入栈 stack.add(cur);
    }
    return true;
}

对于if (cur > parent) return false;的理解是,二叉搜索树左子树小于根,右子树大于跟,当parent更新时,那么证明其右子树遍历完,所以左子树都应小于root。否则返回false;