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程序员面试题精选(01) 把二元查找树转变成排序的双向链表

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题目:输入一棵二元查找树,将该二元查找树转换成一个排序的双向链表。要求不能创建任何新的结点,只调整指针的指向。
  比如将二元查找树
                                            10
                                           /     \
                                         6        14
                                       /   \      /  \
                                    4     8   12  16
转换成双向链表
4=6=8=10=12=14=16。
  分析:本题是微软的面试题。很多与树相关的题目都是用递归的思路来解决,本题也不例外。下面我们用两种不同的递归思路来分析。
  思路一:当我们到达某一结点准备调整以该结点为根结点的子树时,先调整其左子树将左子树转换成一个排好序的左子链表,再调整其右子树转换右子链表。最近链接左子链表的最右结点(左子树的最大结点)、当前结点和右子链表的最左结点(右子树的最小结点)。从树的根结点开始递归调整所有结点。
  思路二:我们可以中序遍历整棵树。按照这个方式遍历树,比较小的结点先访问。如果我们每访问一个结点,假设之前访问过的结点已经调整成一个排序双向链表,我们再把调整当前结点的指针将其链接到链表的末尾。当所有结点都访问过之后,整棵树也就转换成一个排序双向链表了。
参考代码:
首先我们定义二元查找树结点的数据结构如下:

C++代码 复制代码
  1. struct BSTreeNode // a node in the binary search tree   
  2.     {   
  3.        int           m_nValue; // value of node   
  4.         BSTreeNode   *m_pLeft;  // left child of node   
  5.         BSTreeNode   *m_pRight; // right child of node   
  6.     };  
 struct BSTreeNode // a node in the binary search tree
     {
        int           m_nValue; // value of node
         BSTreeNode   *m_pLeft;  // left child of node
         BSTreeNode   *m_pRight; // right child of node
     };


思路一对应的代码:

C++代码 复制代码
  1. ///////////////////////////////////////////////////////////////////////   
  2. // Covert a sub binary-search-tree into a sorted double-linked list   
  3. // Input: pNode - the head of the sub tree   
  4. //         asRight - whether pNode is the right child of its parent   
  5. // Output: if asRight is true, return the least node in the sub-tree   
  6. //          else return the greatest node in the sub-tree   
  7. ///////////////////////////////////////////////////////////////////////   
  8. BSTreeNode* ConvertNode(BSTreeNode* pNode, bool asRight)   
  9. {   
  10.       if(!pNode)   
  11.             return NULL;   
  12.        BSTreeNode *pLeft = NULL;   
  13.        BSTreeNode *pRight = NULL;   
  14.   
  15.       // Convert the left sub-tree   
  16.       if(pNode->m_pLeft)   
  17.              pLeft = ConvertNode(pNode->m_pLeft, false);   
  18.   
  19.       // Connect the greatest node in the left sub-tree to the current node   
  20.       if(pLeft)   
  21.        {   
  22.              pLeft->m_pRight = pNode;   
  23.              pNode->m_pLeft = pLeft;   
  24.        }   
  25.       // Convert the right sub-tree   
  26.       if(pNode->m_pRight)   
  27.              pRight = ConvertNode(pNode->m_pRight, true);   
  28.       // Connect the least node in the right sub-tree to the current node   
  29.       if(pRight)   
  30.        {   
  31.              pNode->m_pRight = pRight;   
  32.              pRight->m_pLeft = pNode;   
  33.        }   
  34.   
  35.        BSTreeNode *pTemp = pNode;   
  36.       // If the current node is the right child of its parent,    
  37.       // return the least node in the tree whose root is the current node   
  38.       if(asRight)   
  39.        {   
  40.             while(pTemp->m_pLeft)   
  41.                    pTemp = pTemp->m_pLeft;   
  42.        }   
  43.       // If the current node is the left child of its parent,    
  44.       // return the greatest node in the tree whose root is the current node   
  45.       else  
  46.        {   
  47.             while(pTemp->m_pRight)   
  48.                    pTemp = pTemp->m_pRight;   
  49.        }   
  50.   
  51.       return pTemp;   
  52. }   
  53.   
  54. ///////////////////////////////////////////////////////////////////////   
  55. // Covert a binary search tree into a sorted double-linked list   
  56. // Input: the head of tree   
  57. // Output: the head of sorted double-linked list   
  58. ///////////////////////////////////////////////////////////////////////   
  59. BSTreeNode* Convert(BSTreeNode* pHeadOfTree)   
  60. {   
  61.       // As we want to return the head of the sorted double-linked list,   
  62.       // we set the second parameter to be true   
  63.       return ConvertNode(pHeadOfTree, true);   
  64. }  
///////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Covert a sub binary-search-tree into a sorted double-linked list
// Input: pNode - the head of the sub tree
//         asRight - whether pNode is the right child of its parent
// Output: if asRight is true, return the least node in the sub-tree
//          else return the greatest node in the sub-tree
///////////////////////////////////////////////////////////////////////
BSTreeNode* ConvertNode(BSTreeNode* pNode, bool asRight)
{
      if(!pNode)
            return NULL;
       BSTreeNode *pLeft = NULL;
       BSTreeNode *pRight = NULL;

      // Convert the left sub-tree
      if(pNode->m_pLeft)
             pLeft = ConvertNode(pNode->m_pLeft, false);

      // Connect the greatest node in the left sub-tree to the current node
      if(pLeft)
       {
             pLeft->m_pRight = pNode;
             pNode->m_pLeft = pLeft;
       }
      // Convert the right sub-tree
      if(pNode->m_pRight)
             pRight = ConvertNode(pNode->m_pRight, true);
      // Connect the least node in the right sub-tree to the current node
      if(pRight)
       {
             pNode->m_pRight = pRight;
             pRight->m_pLeft = pNode;
       }

       BSTreeNode *pTemp = pNode;
      // If the current node is the right child of its parent, 
      // return the least node in the tree whose root is the current node
      if(asRight)
       {
            while(pTemp->m_pLeft)
                   pTemp = pTemp->m_pLeft;
       }
      // If the current node is the left child of its parent, 
      // return the greatest node in the tree whose root is the current node
      else
       {
            while(pTemp->m_pRight)
                   pTemp = pTemp->m_pRight;
       }

      return pTemp;
}

///////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Covert a binary search tree into a sorted double-linked list
// Input: the head of tree
// Output: the head of sorted double-linked list
///////////////////////////////////////////////////////////////////////
BSTreeNode* Convert(BSTreeNode* pHeadOfTree)
{
      // As we want to return the head of the sorted double-linked list,
      // we set the second parameter to be true
      return ConvertNode(pHeadOfTree, true);
}

思路二对应的代码:

C++代码 复制代码
  1. ///////////////////////////////////////////////////////////////////////   
  2. // Covert a sub binary-search-tree into a sorted double-linked list   
  3. // Input: pNode -            the head of the sub tree   
  4. //         pLastNodeInList - the tail of the double-linked list   
  5. ///////////////////////////////////////////////////////////////////////   
  6. void ConvertNode(BSTreeNode* pNode, BSTreeNode*& pLastNodeInList)   
  7. {   
  8.       if(pNode == NULL)   
  9.             return;   
  10.   
  11.        BSTreeNode *pCurrent = pNode;   
  12.   
  13.       // Convert the left sub-tree   
  14.       if (pCurrent->m_pLeft != NULL)   
  15.              ConvertNode(pCurrent->m_pLeft, pLastNodeInList);   
  16.   
  17.       // Put the current node into the double-linked list   
  18.        pCurrent->m_pLeft = pLastNodeInList;    
  19.       if(pLastNodeInList != NULL)   
  20.              pLastNodeInList->m_pRight = pCurrent;   
  21.   
  22.        pLastNodeInList = pCurrent;   
  23.   
  24.       // Convert the right sub-tree   
  25.       if (pCurrent->m_pRight != NULL)   
  26.              ConvertNode(pCurrent->m_pRight, pLastNodeInList);   
  27. }   
  28.   
  29. ///////////////////////////////////////////////////////////////////////   
  30. // Covert a binary search tree into a sorted double-linked list   
  31. // Input: pHeadOfTree - the head of tree   
  32. // Output: the head of sorted double-linked list   
  33. ///////////////////////////////////////////////////////////////////////   
  34. BSTreeNode* Convert_Solution1(BSTreeNode* pHeadOfTree)   
  35. {   
  36.        BSTreeNode *pLastNodeInList = NULL;   
  37.        ConvertNode(pHeadOfTree, pLastNodeInList);   
  38.   
  39.       // Get the head of the double-linked list   
  40.        BSTreeNode *pHeadOfList = pLastNodeInList;   
  41.       while(pHeadOfList && pHeadOfList->m_pLeft)   
  42.              pHeadOfList = pHeadOfList->m_pLeft;   
  43.   
  44.       return pHeadOfList;   
  45. }  
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