Leetcode 與樹(TreeNode )相關的題解測試工具函數總結

最近在劍指Offer上刷了一些題目，發現涉及到數據結構類的題目，如果想在本地IDE進行測試，除了完成題目要求的算法外，還需要寫一些輔助函數，比如樹的創建，遍歷等，由於這些函數平時用到的地方比較多，並且也能加深對常用數據結構的理解，這里將Leetcode中與樹（TreeNode)相關題目會用到的測試輔助函數做一個總結。

代碼文件說明

1. LeetCode.java 劍指Offer在線編程中關於樹的數據結構定義
2. TreeHelper.java: 主要是和樹相關的常用操作函數，包括：二叉樹的創建、三種遍歷、獲取樹的節點數，高度、判斷是否為二叉搜索樹，以及搜索二叉樹的創建、插入、刪除
3. TreeHelperTest.java: 主要用來對TreeHelper.java中的函數進行測試
4. Solution18.java：LeetCode 劍指Offer在線編程第18道題"二叉樹的鏡像"題解，和本地測試方法

源代碼

1.TreeNode.java

package structure;

public class TreeNode {
  public int val = 0;
  public TreeNode left = null;
  public TreeNode right = null;

  public TreeNode(int val) {
    this.val = val;
  }

}

2.TreeHelper.java

package structure;
import static java.lang.Math.max;

public class TreeHelper {

    static int index;
    static String[] values;

    public TreeHelper(){}

    // 根據形如”1，2，#，4，5，#，7，#“的字符串建立二叉樹，其中#代表該節點為空
    public void setValues(String treeValues) {
        values = treeValues.split(",");
        index = 0;

    }

    // 遞歸建立二叉樹
    public TreeNode createTree() {
        TreeNode node = null;
        if(index < values.length){
            if (values[index].equals("#")) {
                index++;
                return null;
            }
            node = new TreeNode(Integer.parseInt(values[index]));
            index++;
            node.left = createTree();
            node.right = createTree();
        }
        return node;
    }

    //前序遍歷
    public void preOrder(TreeNode root) {
        if (root == null) {
            return;
        } else {
            System.out.print(root.val + " ");
            preOrder(root.left);
            preOrder(root.right);
        }
    }

    //中序遍歷
    public void inOrder(TreeNode root) {
        if (root == null) {
            return;
        } else {
            preOrder(root.left);
            System.out.print(root.val + " ");
            preOrder(root.right);
        }
    }

    //后序遍歷
    public void postOrder(TreeNode root) {
        if (root == null) {
            return;
        } else {
            preOrder(root.left);
            preOrder(root.right);
            System.out.print(root.val + " ");
        }
    }

    //獲取二叉樹的節點個數
    public int getNodeNum(TreeNode root) {
        if (root == null) {
            return 0;
        }
        return 1 + getNodeNum(root.left) + getNodeNum(root.right);
    }

    //獲取二叉樹的高度
    public int getTreeHeight(TreeNode root) {
        if (root == null) {
            return 0;
        }
        return 1 + max(getTreeHeight(root.left), getTreeHeight(root.right));
    }

    //創建二叉搜索樹BST
    public TreeNode createSearchTree(int[] treeValues){
        TreeNode rootBST = null;
        for (int value : treeValues) {
            rootBST = insertNode(rootBST,value);
        }
        return rootBST;
    }

    //判斷一個二叉樹是否為二叉搜索樹,時間復雜度O(1)
    public boolean isBST(TreeNode root) {
        return isBSTResolve(root, Integer.MIN_VALUE, Integer.MAX_VALUE);
    }

    public boolean isBSTResolve(TreeNode root, int min, int max) {
        if (root == null) {
            return true;
        }
        if (root.val < min || root.val > max) {
            return false;
        }
        return isBSTResolve(root.left, min, root.val) && isBSTResolve(root.right, root.val, max);
    }

    //根據值查找二叉樹搜索樹root的某個節點
    public TreeNode findNode(TreeNode rootBST, int val) {
        if (rootBST == null) {
            return null;
        } else if (rootBST.val < val) {
            return findNode(rootBST.right, val);
        } else if (rootBST.val > val) {
            return findNode(rootBST.left, val);
        }
        return rootBST;
    }

    //向二叉搜索樹中插入值val
    public TreeNode insertNode(TreeNode rootBST, int val) {
        if (rootBST == null) {
            rootBST = new TreeNode(val);
        } else {
            if (val < rootBST.val) {
                rootBST.left = insertNode(rootBST.left, val);
            } else if (val > rootBST.val) {
                rootBST.right = insertNode(rootBST.right, val);
            }
        }
        return rootBST;
    }

    //刪除二叉樹中某個值為val的節點
    public TreeNode deleteNode(TreeNode rootBST, int val) {
        if (findNode(rootBST, val) == null) {
            System.out.println("要刪除的節點不存在！");
        } else {
            if (val < rootBST.val) {
                rootBST.left = deleteNode(rootBST.left, val);
            } else if (val > rootBST.val) {
                rootBST.right = deleteNode(rootBST.right, val);
            } else {  //rootBST就是要被刪除的節點
                if (rootBST.left != null && rootBST.right != null) {  //被刪除的節點的左右子節點均存在
                    TreeNode tmp = findMinNode(rootBST.right);  //從右子樹找到值最小的節點填充刪除節點
                    rootBST.val = tmp.val;
                    rootBST.right = deleteNode(rootBST.right, rootBST.val);  //刪除右子樹值最小的元素
                } else {  //被刪除的節點只有一個或者無子節點存在
                    //被刪除節點的左子節點為空，則右子節點取代根節點
                    if (rootBST.left == null) {
                        rootBST = rootBST.right;
                    } else {
                        rootBST = rootBST.left;
                    }
                }
            }
        }
        return rootBST;
    }
    // 找到二叉搜索樹中值最小的節點
    public TreeNode findMinNode(TreeNode rootBST) {
        if (rootBST == null) {
            return null;
        } else if (rootBST.left == null) {
            return rootBST;
        }
        return findMinNode(rootBST.left);
    }
}

3.TreeHelperTest.java

package test;

import structure.TreeHelper;
import structure.TreeNode;

class treeHelperTest {
    public static void main(String[] args) {
        String treeNodeValues = "1,2,#,#,3,4,#,#,5,6,#,8,#,#";
        TreeHelper treeHelper = new TreeHelper();
        treeHelper.setValues(treeNodeValues);
        try {
            TreeNode root = treeHelper.createTree();
            System.out.println("創建二叉樹成功！");

            System.out.println("前序遍歷二叉樹：");
            treeHelper.preOrder(root);
            System.out.println();

            System.out.println("中序遍歷二叉樹：");
            treeHelper.inOrder(root);
            System.out.println();

            System.out.println("后序遍歷二叉樹：");
            treeHelper.postOrder(root);
            System.out.println();

            System.out.printf("二叉樹的節點數目：%d\n", treeHelper.getNodeNum(root));

            System.out.printf("二叉樹的高度：%d\n", treeHelper.getTreeHeight(root));

            System.out.println("二叉樹是否為二叉搜索樹：" + String.valueOf(treeHelper.isBST(root)));
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

        try {
            TreeNode rootBST = treeHelper.createSearchTree(new int[]{2, 4, 3, 1, 9, 7, 6, 8});
            System.out.println("創建二叉搜索樹成功！");

            System.out.println("二叉樹是否為二叉搜索樹：" + String.valueOf(treeHelper.isBST(rootBST)));

            System.out.println("中序遍歷二叉搜索樹：");
            treeHelper.inOrder(rootBST);
            System.out.println();

            rootBST = treeHelper.insertNode(rootBST, 5);
            System.out.println("中序遍歷插入5后的二叉搜索樹：");
            treeHelper.inOrder(rootBST);
            System.out.println();

            rootBST = treeHelper.deleteNode(rootBST, 6);
            System.out.println("中序遍歷刪除6后的二叉搜索樹：");
            treeHelper.inOrder(rootBST);
            System.out.println();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

測試結果如下

4.劍指Offer在線編程第18道題"二叉樹的鏡像"

Solution18

import structure.TreeHelper;
import structure.TreeNode;
/*
 * Q:操作給定的二叉樹，將其變換為源二叉樹的鏡像
 * tag: 樹
 */
public class Solution18 {

  public static void main(String[] args) {
    Solution18 s = new Solution18();
    s.testMirror();
  }

  public void Mirror(TreeNode root) {
    if(root == null){
      return;
    }
    if(root.left == null){
      root.left = root.right;
      root.right = null;
      Mirror(root.left);
    }
    else if(root.right == null){
      root.right = root.left;
      root.left = null;
      Mirror(root.right);
    }
    else{
      TreeNode temp = root.left;
      root.left = root.right;
      root.right = temp;
      Mirror(root.right);
      Mirror(root.left);
    }
  }

  public void testMirror(){
    TreeHelper treeHelper = new TreeHelper();
    String treeValues = "1,2,#,#,3,4,#,#,5,6,#,8,#,#";
    treeHelper.setValues(treeValues);
    TreeNode root = treeHelper.createTree();

    System.out.println("中序遍歷二叉樹：");
    treeHelper.inOrder(root);
    System.out.println();

    Mirror(root);

    System.out.println("中序遍歷二叉樹的鏡像：");
    treeHelper.inOrder(root);
    System.out.println();

  }
}

運行結果如下：