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算法:二叉搜索树与双向链表

作者:知其然亦知其所以然
算法:二叉搜索树与双向链表

输入一棵二叉搜索树,将该二叉搜索树转换成一个排序的循环双向链表。要求不能创建任何新的节点,只能调整树中节点指针的指向。

为了让您更好地理解问题,以下面的二叉搜索树为例:

算法:二叉搜索树与双向链表

我们希望将这个二叉搜索树转化为双向循环链表。链表中的每个节点都有一个前驱和后继指针。对于双向循环链表,第一个节点的前驱是最后一个节点,最后一个节点的后继是第一个节点。

下图展示了上面的二叉搜索树转化成的链表。“head” 表示指向链表中有最小元素的节点。

算法:二叉搜索树与双向链表

特别地,我们希望可以就地完成转换操作。当转化完成以后,树中节点的左指针需要指向前驱,树中节点的右指针需要指向后继。还需要返回链表中的第一个节点的指针。

方法:中序遍历

算法解析:

  • 初始化两个节点,分别 pre(前驱节点)、head(头节点);
  • 如果 root 节点为空,直接返回;
  • 递归中序遍历转化为双向链表:
    • 如果当前节点为空,直接返回;
    • 按照中序遍历的规则,递归左子树;
    • 如果前驱节点为空,说明是头节点,头节点即为当前节点;当前驱节点非空,修改双向节点的引用,前驱节点的右子节点指向当前节点;当前节点的左子节点指向前驱节点;
    • 更新前驱节点等于当前节点,这样当前节点时下一个节点的前驱节点了;
    • 按照中序遍历的规则,递归右子树。
  • 递归完毕后,把头节点的左子节点指向前驱节点;前驱节点的右子节点指向头节点;
  • 返回链表的头节点。

代码如下:

算法:二叉搜索树与双向链表

复杂度分析

  • 时间复杂度:O(N),N 为二叉树的节点数,中序遍历需要访问所有节点。
  • 空间复杂度:O(N),最差情况下,即树退化为链表时,递归深度达到 N,系统使用 O(N) 栈空间。

END

书山有路勤为径,学海无涯苦作舟,赠友人。

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