JZ54 二叉搜索树的第k大节点

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给定一棵二叉搜索树,请找出其中第 k 大的节点的值。

 

示例 1:

输入: root = [3,1,4,null,2], k = 1 3 /
1 4
2 输出: 4 示例 2:

输入: root = [5,3,6,2,4,null,null,1], k = 3 5 /
3 6 /
2 4 / 1 输出: 4  

限制:

1 ≤ k ≤ 二叉搜索树元素个数

解题思路:

本文解法基于此性质:二叉搜索树的中序遍历为 递增序列 。

  • 根据以上性质,易得二叉搜索树的 中序遍历倒序 为 递减序列 。
  • 因此,求 “二叉搜索树第 k 大的节点” 可转化为求 “此树的中序遍历倒序的第 k 个节点”。

image.png

中序遍历 为 “左、根、右” 顺序,递归法代码如下:

// 打印中序遍历
void dfs(TreeNode root) {
    if(root == null) return;
    dfs(root.left); // 左
    System.out.println(root.val); // 根
    dfs(root.right); // 右
}

中序遍历的倒序 为 “右、根、左” 顺序,递归法代码如下:

// 打印中序遍历倒序
void dfs(TreeNode root) {
    if(root == null) return;
    dfs(root.right); // 右
    System.out.println(root.val); // 根
    dfs(root.left); // 左
}
  • 为求第 k 个节点,需要实现以下 三项工作 :

    • 递归遍历时计数,统计当前节点的序号;
    • 递归到第 k 个节点时,应记录结果 res ;
    • 记录结果后,后续的遍历即失去意义,应提前终止(即返回)。
  • 递归解析:

    • 终止条件: 当节点 root 为空(越过叶节点),则直接返回;
    • 递归右子树: 即 dfs(root.right) ;
      • 三项工作:
      • 提前返回: 若 k=0 ,代表已找到目标节点,无需继续遍历,因此直接返回;
      • 统计序号: 执行 k=k−1 (即从 k 减至 0 );
      • 记录结果: 若 k=0 ,代表当前节点为第 k 大的节点,因此记录 res=root.val ;
    • 递归左子树: 即 dfs(root.left) ;

复杂度分析:

  • 时间复杂度 O(N) : 当树退化为链表时(全部为右子节点),无论 k 的值大小,递归深度都为 N ,占用 O(N) 时间。

  • 空间复杂度 O(N) : 当树退化为链表时(全部为右子节点),系统使用 O(N) 大小的栈空间。

代码:

题目指出:1≤k≤N (二叉搜索树节点个数);因此无需考虑 k>N 的情况。 若考虑,可以在中序遍历完成后判断 k>0 是否成立,若成立则说明 k>N 。

class Solution {
    int res, k;
    public int kthLargest(TreeNode root, int k) {
        this.k = k;
        dfs(root);
        return res;
    }
    void dfs(TreeNode root) {
        if(root == null) return;
        dfs(root.right);
        if(k == 0) return;
        if(--k == 0) res = root.val;
        dfs(root.left);
    }
}