Problem: 114. 二叉树展开为链表
给你二叉树的根结点 root ,请你将它展开为一个单链表:
展开后的单链表应该同样使用 TreeNode ,其中 right 子指针指向链表中下一个结点,而左子指针始终为 null 。
展开后的单链表应该与二叉树 先序遍历 顺序相同。
【LeetCode 热题 100】114. 二叉树展开为链表——(解法一)后序遍历+头插法
文章目录
- 整体思路
- 完整代码
- 时空复杂度
- 时间复杂度:O(N)
- 空间复杂度:O(H)
整体思路
这段代码同样旨在解决 “二叉树展开为链表” 的问题,即将二叉树原地转换成一个按前序遍历顺序串联的“链表”。与上一个“后序遍历+头插法”的版本不同,此版本采用的是一种 “分解问题” (Divide and Conquer) 的思想,通过递归函数返回子问题(子树)展开后的尾节点来辅助父问题的解决。
-
DFS函数的设计:
- 该算法的核心是一个辅助函数
dfs(node)
,它的设计目标是:
a. 原地展开以node
为根的子树。
b. 返回这棵子树被展开成链表后的尾节点。
- 该算法的核心是一个辅助函数
-
分解与合并逻辑 (Divide and Conquer):
- 分解 (Divide):对于当前节点
node
,问题被分解为两个子问题:展开左子树和展开右子树。这是通过递归调用leftTail = dfs(node.left)
和rightTail = dfs(node.right)
来实现的。leftTail
会接收到左子树展开后链表的尾节点。rightTail
会接收到右子树展开后链表的尾节点。
- 解决 (Conquer):当两个子问题都解决后(即左右子树都已各自拉平),开始处理当前节点
node
,将其与两个已拉平的子链表合并。- 合并的目标是形成
node -> (左子链表) -> (右子链表)
的结构。 if (leftTail != null)
: 这个判断检查是否存在左子树。leftTail.right = node.right;
: 这是最关键的一步。它将左子链表的尾部 (leftTail
) 的right
指针,连接到原先node
的右子树(现在已经是右子链表的头部)。这就把左右两个链表串起来了。node.right = node.left;
: 将node
的右指针指向其左孩子,即左子链表的头部。node.left = null;
: 将node
的左指针置空。
- 完成这三步后,以
node
为根的子树已经被成功展开。
- 合并的目标是形成
- 分解 (Divide):对于当前节点
-
返回尾节点:
- 在合并完成后,需要确定并返回当前整个大链表(
node
+ 左子链表 + 右子链表)的尾节点。 - 这个尾节点的位置有三种可能:
a. 如果存在右子树,那么尾节点就是右子树的尾节点 (rightTail
)。
b. 如果不存在右子树但存在左子树,那么尾节点就是左子树的尾节点 (leftTail
)。
c. 如果左右子树都不存在,那么尾节点就是node
本身。 return rightTail != null ? rightTail : leftTail != null ? leftTail : node;
这句三元表达式完美地实现了这个逻辑。
- 在合并完成后,需要确定并返回当前整个大链表(
这个算法通过自底向上的方式,在每一层都完成子树的展开和连接,最终将整个树拉平。
完整代码
class Solution {/*** 将给定的二叉树原地展开为链表。* @param root 二叉树的根节点*/public void flatten(TreeNode root) {// 调用辅助的DFS函数,主函数不需要返回值dfs(root);}/*** 辅助DFS函数:原地展开以 node 为根的子树,并返回展开后链表的尾节点。* @param node 当前子树的根节点* @return 展开后链表的尾节点*/private TreeNode dfs(TreeNode node) {// 基线条件:如果节点为空,则没有什么可展开的,返回 null。if (node == null) {return null;}// 1. 分解:递归地展开左右子树,并获取它们展开后的尾节点。TreeNode leftTail = dfs(node.left); // 展开左子树,获取左链表的尾TreeNode rightTail = dfs(node.right); // 展开右子树,获取右链表的尾// 2. 解决/合并:处理当前节点 node,将其与已展开的左右子链表连接。// 如果存在左子树(即左子链表),才需要进行连接操作。if (leftTail != null) {// a. 将左链表的尾部的 right 指针,指向右子链表的头部 (node.right)。leftTail.right = node.right;// b. 将 node 的右指针指向左子链表的头部 (node.left)。node.right = node.left;// c. 将 node 的左指针置空。node.left = null;}// 3. 返回当前已展开大链表的尾节点。// 优先级:右子树的尾 > 左子树的尾 > 当前节点本身。if (rightTail != null) {return rightTail;}if (leftTail != null) {return leftTail;}return node;}
}
时空复杂度
时间复杂度:O(N)
- 节点访问:该算法通过DFS递归遍历了树中的每一个节点。每个节点被访问和处理一次。
- 操作:在每个节点上,执行的都是常数时间的指针操作。
- 综合分析:
- 如果树中有
N
个节点,dfs
函数会被调用N
次。 - 因此,总的时间复杂度与节点数成正比,即 O(N)。
- 如果树中有
空间复杂度:O(H)
- 主要存储开销:算法是原地修改,没有创建新的数据结构来存储节点。主要的额外空间开销来自于 递归调用栈。
- 空间大小:递归调用的深度取决于树的高度
H
。- 在最好的情况下(一个完全二叉树),树的高度
H
约为log N
,空间复杂度为 O(log N)。 - 在最坏的情况下(一个极度倾斜的链状树),树的高度
H
等于N
,此时递归栈的深度也为N
,空间复杂度为 O(N)。
- 在最好的情况下(一个完全二叉树),树的高度
综合分析:
算法的辅助空间复杂度主要由递归栈的深度决定,即树的高度 H
。因此,空间复杂度为 O(H)。在最坏情况下,H
可能为 N
,所以最坏空间复杂度也可以表述为 O(N)。
参考灵神