news 2026/5/28 14:20:20

【码道初阶】牛客TSINGK110:二叉树遍历(较难)如何根据“扩展先序遍历”构建二叉树?

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张小明

前端开发工程师

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【码道初阶】牛客TSINGK110:二叉树遍历(较难)如何根据“扩展先序遍历”构建二叉树?

【算法详解】如何根据“扩展先序遍历”构建二叉树?

在二叉树的算法题中,我们常遇到的问题是:给定二叉树求遍历序列。但反过来,给定一个遍历序列(字符串),如何还原出一棵二叉树?

通常情况下,单靠一个先序遍历是无法唯一确定一棵树的(需要先序+中序)。但是,如果输入序列中包含了空指针的信息(比如用#表示空节点),那么仅凭先序遍历序列,就能唯一确定这棵二叉树。

今天我们通过一道经典题目(TSINGK110),来深入剖析这种“扩展先序遍历”的构建逻辑。

1. 题目核心分析

输入abc##de#g##f###
含义

  • 这是一个先序遍历(根 -> 左 -> 右)。
  • #代表空节点(null)。
  • #字符代表真实的节点值。

目标:构建出这棵树,并输出它的中序遍历。

2. 核心解题思路:递归 + 全局游标

代码采用了最直观也最有效的解法:递归构建

因为先序遍历的特性是:第一个字符肯定是根节点,紧接着是左子树的数据,再后面是右子树的数据。

但是,左子树占了多少个字符?右子树从哪里开始?我们不知道。
这就需要引入一个全局变量i(或者叫全局游标)。它像一个指针,随着递归的进行,始终指向字符串中当前待处理的那个字符。哪怕在递归深处,大家操作的都是同一个i,这样就不会乱。

3. 深度拆解createTree方法(灵魂所在)

这是整个代码的核心,让我们逐行剖析逻辑:

publicstaticinti=0;// 全局游标publicstaticTreeNodecreateTree(Stringstr){// 1. 获取当前游标指向的字符charch=str.charAt(i);TreeNodenewroot=null;// 2. 判断是否是空节点标记if(ch!='#'){// === 情况 A:是真实节点 ===newroot=newTreeNode(ch);// 创建节点i++;// 游标后移,准备处理下一个字符// 【关键递归】// 既然我是根,那字符串里紧接着我的,肯定是我的左子树内容newroot.left=createTree(str);// 当左子树全部构建完毕(递归返回)后,// 游标 i 已经跑到了右子树数据的开头newroot.right=createTree(str);}else{// === 情况 B:是空节点 ===// 不需要创建节点,newroot 保持为 nulli++;// 游标后移,跳过这个 '#'}// 3. 返回构建好的节点(或者 null)returnnewroot;}

图解执行流程(以abc##...为例)

让我们模拟一下计算机的堆栈,看createTree是如何“生长”出这棵树的:

  1. Layer 1: 读入a。创建节点Ai变为 1。
    • 调用root.left = createTree()
  2. Layer 2: 读入b。创建节点Bi变为 2。
    • 调用root.left = createTree()
  3. Layer 3: 读入c。创建节点Ci变为 3。
    • 调用root.left = createTree()
  4. Layer 4: 读入#ch#
    • i变为 4。返回null
    • (回到 Layer 3,C 的左孩子设为 null)
    • Layer 3 继续执行,调用root.right = createTree()
  5. Layer 4: 读入#ch#
    • i变为 5。返回null
    • (回到 Layer 3,C 的右孩子设为 null)
    • Layer 3 执行完毕,返回节点 C
    • (回到 Layer 2,B 的左孩子设为 C)
  6. Layer 2: B 的左孩子搞定了,继续调用root.right = createTree()

总结:只要遇到非#,我就生孩子;只要遇到#,我就告诉爸爸“这里没路了(null)”,然后指针继续往后移,去处理树的下一部分。

4. ⚠️ 易错点修正(多组数据的坑)

这段代码逻辑在处理单组数据时是完美的。但是题目描述中提到:

“可能有多组测试数据”
while (in.hasNextLine()) { ... }

该代码存在一个严重的隐患:public static int i = 0;是定义在类级别的静态变量。

场景模拟:

  1. 第一组数据abc##跑完,i变成了 5。
  2. while循环进入第二轮,读入新字符串。
  3. 再次调用createTree此时i还是 5!
  4. 程序会直接从新字符串的第 5 个字符开始读,或者直接抛出StringIndexOutOfBoundsException

修正方案:
必须在每组测试数据开始处理前,手动重置i = 0

publicstaticvoidmain(String[]args){Scannerin=newScanner(System.in);while(in.hasNextLine()){Stringstr=in.nextLine();i=0;// 【重要】必须在这里重置游标!TreeNodeTargetroot=createTree(str);inOrder(Targetroot);System.out.println();// 建议每组输出后换行,方便阅读}}

5. 完整代码优化

结合以上分析,最终完美的代码结构如下:

importjava.util.Scanner;classTreeNode{publiccharval;publicTreeNodeleft;publicTreeNoderight;publicTreeNode(charval){this.val=val;}}publicclassMain{// 全局游标,用于记录字符串处理到了哪个位置publicstaticinti=0;publicstaticvoidmain(String[]args){Scannerin=newScanner(System.in);while(in.hasNextLine()){Stringstr=in.nextLine();// 【修正】处理新的一行之前,必须重置游标i=0;TreeNodeTargetroot=createTree(str);inOrder(Targetroot);System.out.println();// 格式优化:换行}}// 核心构建逻辑publicstaticTreeNodecreateTree(Stringstr){// 防止游标越界(虽然题目保证输入合法,但加上更安全)if(i>=str.length())returnnull;charch=str.charAt(i);i++;// 读取一个字符后,游标必须后移// 递归出口:遇到空节点标记if(ch=='#'){returnnull;}// 递归构建:根 -> 左 -> 右TreeNodenewroot=newTreeNode(ch);newroot.left=createTree(str);newroot.right=createTree(str);returnnewroot;}// 中序遍历:左 -> 根 -> 右publicstaticvoidinOrder(TreeNoderoot){if(root==null)return;inOrder(root.left);System.out.print(root.val+" ");inOrder(root.right);}}

6. 总结

这道题是理解二叉树序列化的基石。

  • 思路:利用先序遍历的顺序特性(根-左-右)。
  • 技巧:使用全局变量i来在递归层级之间“传递”当前的进度。
  • 陷阱:在多组输入的在线判题系统(OJ)中,永远不要忘记重置全局/静态变量

掌握了这个createTree的写法,以后遇到“序列化二叉树”或“反序列化二叉树”的题目,你就能信手拈来了!

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