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4.1 二叉树的最大深度(简单):深度优先搜索
4.2 对称二叉树(简单):递归
4.3 岛屿数量(中等):深度优先搜索
4.4 岛屿的最大面积(中等):深度优先搜索
4.5 路径总和(简单):深度优先搜索
4.6 被围绕的区域(中等):深度优先搜索
4.7 路径总和Ⅱ(中等):深度优先搜索
4.8 树的子结构(中等):前序遍历 + 递归
4.9 合并二叉树(简单):深度优先搜索
4.10 二叉搜索树的最近公共祖先(中等):两次遍历
4.11 所有可能的路径(中等):深度优先搜索 + 递归
4.12 省份数量(中等):深度优先搜索
4.13 深度优先搜索的总结
4.1 二叉树的最大深度(简单):深度优先搜索
题目:给定一个二叉树 root
,返回其最大深度。二叉树的 最大深度 是指从根节点到最远叶子节点的最长路径上的节点数。
思想:对于树而言,可以使用递归的方式来计算根节点的左右子节点的最大深度,因此二叉树的最大深度应该等于:
-
左右子节点最大深度 + 1
总结:元素对应的最小路径和与其相邻元素的最小路径和有关,因此可以采用动态规划,具体是:
-
元素对应的最小路径和 = min(上方相邻元素对应的最小路径和,左方相邻元素对应的最小路径和) + 当前元素值
-
设
dp[i][j]
表示从左上角出发到[i][j]
的最小路径和:有:dp[i][j] = min(dp[i-1][j],dp[i][j-1]) + grid[i][j]
-
-
特殊情况:
-
只有一个点:
dp[0][0] = grid[0][0]
;第一个数的最小路径和为该数的值 -
只有一行:
i=0,dp[0][j] = dp[0][j-1] + grid[0][j]
-
只有一列:
j=0,dp[i][0] = dp[i-1][0] + grid[i][0]
-
代码:
class Solution {
public int maxDepth(TreeNode root) {
//根节点为null
if(root == null){
return 0;
}
//只有根节点
if(root.left == null && root.right == null){
return 1;
}
//根节点存在左右子树;则比较左右子树的最大深度,取其较大值 + 1
int max_Depth = 0;
//得到左子树的最大深度
if(root.left != null){
max_Depth = Math.max(maxDepth(root.left),max_Depth);
}
//得到右子树的最大深度
if(root.right != null){
max_Depth = Math.max(maxDepth(root.right),max_Depth);
}
return max_Depth + 1;
}
}
4.2 对称二叉树(简单):递归
题目:给你一个二叉树的根节点 root
, 检查它是否轴对称
思想:可以先实现一个递归函数,使用两个指针p
和q
同步遍历树,两个指针开始时都指向根节点,随后p
右移时,q
左移;p
左移时,q
右移;检查当前指针值是否相等
总结:判断二叉树是否对称,只需看:
-
根节点是否一致
-
左右子树是否值相等且对称
可将一个root作两个用,然后分别比较root的左右子树值是否都相等
-
代码:
class Solution {
public boolean isSymmetric(TreeNode root) {
return check(root, root);
}
public boolean check(TreeNode p, TreeNode q) {
//先判断是否为空
if (p == null && q == null) {
return true;
}
//比较根节点是否相等
if (p == null || q == null) {
return false;
}
//比较根节点值是否都相同;然后比较p的左子树与q的右子树是否相等,并比较p的右子树与q的左子树是否相等
return p.val == q.val && check(p.left, q.right) && check(p.right, q.left);
}
}
4.3 岛屿数量(中等):深度优先搜索
题目:给你一个由 '1'
(陆地)和 '0'
(水)组成的的二维网格,请你计算网格中岛屿的数量。岛屿总是被水包围,并且每座岛屿只能由水平方向和/或竖直方向上相邻的陆地连接形成。此外,你可以假设该网格的四条边均被水包围。
思想:其实这是一个寻找连通块数量的问题,岛屿只能从1
开始,然后寻找与它相连接(上下左右)的1
的数量,每一次找寻完毕后就说明这个连通块是一个岛屿;然后将找过的连通块中的元素由1
设置为0
(同一个岛屿在下一次找寻时是不会在此搜索的)
总结:深度优先搜索会从当前值开始,沿着某个节点一直走下去,直到结束,然后进行其它方向的搜索,直到搜索完相邻节点,我们只需给出搜索的起点与搜索方法即可;
-
注意边界条件:对于数组而言不能超出左右边界
[0, maxLength]
;
代码:
class Solution {
public int numIslands(char[][] grid) {
//grid为空直接返回0
if(grid == null || grid.length == 0){
return 0;
}
//找到grid的行与列,为DFS做准备
int row = grid.length;
int column = grid[0].length;
//设置常量记录连通块(岛屿)数量
int num_Islands = 0;
//进行DFS查找
for(int i = 0; i < row; i++){
for(int j = 0; j < column; j++){
//岛屿的前提条件是值为1
if(grid[i][j] == '1'){
++num_Islands;
dfs(grid, i, j);
}
}
}
return num_Islands;
}
private void dfs(char[][] grid, int i, int j){
//如果i、j超过边界(两种情况,要么小于0,要么大于数组长度)、数组值为0,则直接返回
if(i < 0 || j < 0 || i >= grid.length || j >= grid[0].length || grid[i][j] == '0'){
return;
}
//将搜索过的数组值设置为'0',下一次搜索就不会在搜索到
grid[i][j] = '0';
//进行深度优先搜索: 上下左右都搜索一遍
dfs(grid, i - 1, j);
dfs(grid, i + 1, j);
dfs(grid, i, j - 1);
dfs(grid, i, j + 1);
}
}
4.4 岛屿的最大面积(中等):深度优先搜索
题目:给你一个大小为 m x n
的二进制矩阵 grid
。
岛屿 是由一些相邻的 1
(代表土地) 构成的组合,这里的「相邻」要求两个 1
必须在 水平或者竖直的四个方向上 相邻。你可以假设 grid
的四个边缘都被 0
(代表水)包围着。
岛屿的面积是岛上值为 1
的单元格的数目。
计算并返回 grid
中最大的岛屿面积。如果没有岛屿,则返回面积为 0
。
思想:也是一个寻找连通块数量的问题,只不过找到每个连通块还需要计算寻找连通块走过的步数,为了不重复走同一个位置,将找过的连通块中的元素由1
设置为0
(同一个岛屿在下一次找寻时是不会在此搜索的)
总结:深度优先搜索会从当前值开始,沿着某个节点一直走下去,直到结束,然后进行其它方向的搜索,直到搜索完相邻节点,我们只需给出搜索的起点与搜索方法即可;
-
注意边界条件:对于数组而言不能超出左右边界
[0, maxLength]
;
代码:
class Solution {
public int maxAreaOfIsland(int[][] grid) {
if(grid == null || grid.length == 0 || grid[0].length == 0){
return 0;
}
int row = grid.length;
int column = grid[0].length;
int res = 0;
for(int i = 0; i < row; i++){
for(int j = 0; j < column; j++){
res = Math.max(res, dfs(grid, i, j));
}
}
return res;
}
private int dfs(int[][] grid, int curr_i, int curr_j){
if(curr_i <0 || curr_j < 0 || curr_i >= grid.length || curr_j >= grid[0].length || grid[curr_i][curr_j] == 0){
return 0;
}
grid[curr_i][curr_j] = 0;
//为了方便求出DFS走过多少步,将上下左右操作需要+ - 的两写入矩阵
int[] di = {0,0,1,-1};
int[] dj = {1,-1,0,0};
int res = 1;
//一样进行遍历; 分上下左右的4次遍历即可
for(int i = 0; i < 4; i++){
int curr_i1 = curr_i + di[i];
int curr_j1 = curr_j + dj[i];
res += dfs(grid, curr_i1, curr_j1);
}
return res;
}
}
4.5 路径总和(简单):深度优先搜索
题目:给你二叉树的根节点 root
和一个表示目标和的整数 targetSum
。判断该树中是否存在 根节点到叶子节点 的路径,这条路径上所有节点值相加等于目标和 targetSum
。如果存在,返回 true
;否则,返回 false
思想:按照深度优先搜索的思想,从根节点开始,一条路走到叶子节点,并计算路径和(可以换一种思路,一条路走下去,判断目标值 targetSum
和走过的节点之差,到达叶子节点时 targetSum == currNode.val
,sum减到最后的值等于该叶子节点的值,说明是一条符合路径)
总结:深度优先搜索,就是一条路走到黑,不行再从最近路径换一条继续走到黑
-
本题的巧妙之处在于:
targetSum - root.val
;将原本的求和转换思考为求目标值与每次路径差
代码:
class Solution {
public boolean hasPathSum(TreeNode root, int targetSum) {
//根节点为空直接返回false
if(root == null){
return false;
}
//如果没有左右子树说明是根节点也是叶子节点;判断值是否相等即可
if(root.left == null && root.right == null){
return root.val == targetSum;
}
//如果存在左右子树,进行深度优先搜索;
//注意:这条可行路径可能是左子树也可能是右子树;减到叶子节点时,如果该叶子节点值等于sum就说明是符合要求的路径
return hasPathSum(root.left, targetSum - root.val) || hasPathSum(root.right, targetSum - root.val);
}
}
4.6 被围绕的区域(中等):深度优先搜索
题目:给你一个 m x n
的矩阵 board
,由若干字符 'X'
和 'O'
,找到所有被 'X'
围绕的区域,并将这些区域里所有的 'O'
用 'X'
填充;
注意:任何边界上的 O
都不会被填充为 X
;因此:所有的不被包围的 O
都直接或间接与边界上的 O
相连。我们可以利用这个性质判断 O
是否在边界上
思想:以每一个边界上的O
为起点,标记与它直接或间接相连的字母O
;
-
最后我们遍历这个矩阵,对于每一个字母:
-
如果该字母被标记过,则该字母为没有被字母 X 包围的字母 O,我们将其还原为字母 O;
-
如果该字母没有被标记过,则该字母为被字母 X 包围的字母 O,我们将其修改为字母 X。
-
总结:深度优先搜索,就是一条路走到黑,不行再从最近路径换一条继续走到黑
-
本题的巧妙之处在于:
targetSum - root.val
;将原本的求和转换思考为求目标值与每次路径差
代码:
class Solution {
public void solve(char[][] board) {
//如果数组为空、只有一个值则不进行区域填充
if(board == null || board.length == 0 || board[0].length == 0){
return;
}
//对 m * n 的左右边界进行DFS搜索
for(int i = 0; i < board.length; i++){
dfs(board, i, 0);
dfs(board, i, board[0].length - 1);
}
//对 m * n 的上下边界进行DFS搜索(排除左右搜索过的节点)
for(int j = 1; j < board[0].length - 1; j++){
dfs(board, 0, j);
dfs(board, board.length - 1, j);
}
//对所有节点判断,若被标记过'isO'的就是连着边界'O'的,无法被填充为'X';将其他节点均填充为'X'即可
for(int i = 0; i < board.length; i++){
for(int j = 0; j < board[0].length; j++){
if(board[i][j] == 'A'){
board[i][j] = 'O';
}else{
board[i][j] = 'X';
}
}
}
}
private void dfs(char[][] board,int row, int column){
//边界条件,且只对边界上的'O'进行DFS搜索
if(row < 0 || row >= board.length || column < 0 || column >= board[0].length || board[row][column] != 'O'){
return;
}
//对于dfs的这个'O'点做一个标记,设为'isO'
board[row][column] = 'A';
//进行上下左右dfs搜索
dfs(board, row, column - 1);
dfs(board, row, column + 1);
dfs(board, row - 1, column);
dfs(board, row + 1, column);
}
}
4.7 路径总和Ⅱ(中等):深度优先搜索
题目:给你二叉树的根节点 root
和一个整数目标和 targetSum
,找出所有 从根节点到叶子节点 路径总和等于给定目标和的路径。
叶子节点 是指没有子节点的节点。
思想:按照深度优先搜索的思想,从根节点开始,一条路走到叶子节点,并计算路径和(可以换一种思路,一条路走下去,判断目标值 targetSum
和走过的节点之差,到达叶子节点时 targetSum == currNode.val
,sum减到最后的值等于该叶子节点的值,说明是一条符合路径)
总结:深度优先搜索,就是一条路走到黑,不行再从最近路径换一条继续走到黑
-
本题的巧妙之处在于:
targetSum - root.val
;将原本的求和转换思考为求目标值与每次路径差
代码:
class Solution {
public List<List<Integer>> pathSum(TreeNode root, int targetSum) {
//创建一个存储结果的数组
List<List<Integer>> res = new ArrayList<>();
//创建一个双端队列,存储每次符合目标的路径
//注意:之所以用双端队列,是因为比如一条路径走到叶子节点了,先加左节点不等于sum,此时可以在尾部删除添加的左节点,然后再在尾部加上右节点的值
Deque<Integer> deque = new LinkedList<>();
dfs(root, targetSum, res, deque);
return res;
}
private void dfs(TreeNode root, int targetSum, List<List<Integer>> res, Deque<Integer> deque){
if(root == null){
return;
}
//将节点值加入双端队列
deque.offerLast(root.val);
//目标值减少
targetSum -= root.val;
//如果到了叶子节点且targetSum = 0;说明是符合条件的路径,将deque加入res
if(root.left == null && root.right == null && targetSum == 0){
res.add(new LinkedList<>(deque));
}
//搜索左子树与右子树节点
dfs(root.left, targetSum, res, deque);
dfs(root.right, targetSum, res, deque);
//如果最后一个节点不符合要求,将最后一个节点删除
deque.pollLast();
}
}
4.8 树的子结构(中等):前序遍历 + 递归
题目:输入两棵二叉树A
和B
,判断B
是不是A
的子结构。(约定空树不是任意一个树的子结构);B是A的子结构, 即 A中有出现和B相同的结构和节点值。
思想:一棵树B
是另一棵树A
的子树的前提是:
-
A
不能为空 -
B
为空则B
一定是A
的子树 -
B
不为空,则存在三种可能: -
B
是A
从根节点下出发的子结构-
此时要判断
B
和A
的根节点值是否相同,不同就肯定不是 -
如果
B
和A
的根节点值相同,则继续判断B
和A
的左右子树是否相同
-
-
B
是A
的左子树中的子结构 -
B
是A
的右子树中的子结构
总结:本题的重点在于:递归判断B
是否为A
的根节点下出发的子结构,进而判断B
的左右子树节点是否为A
的左右子树节点
代码:
class Solution {
public boolean isSubStructure(TreeNode A, TreeNode B) {
//B是A的子节点(在同时不为空)三种情况:B是A的根节点出发的子结构、B是A左子树子结构、B是A右子树子结构
return (A != null && B != null) &&(isSubRoot(A,B) || isSubStructure(A.left,B) || isSubStructure(A.right,B));
}
private boolean isSubRoot(TreeNode A, TreeNode B){
//B为空,则就是子结构
if(B == null){
return true;
}
//A为空或者A、B的根节点值不同,则返回false
if(A == null || A.val != B.val){
return false;
}
//到这一步说明A、B的根节点值相同,则判断A、B的左右子节点是否相同
//此时需要递归,因为A、B的左右子节点判断时,一样是在证明B的左右子节点是否是A的左右子节点出发的子结构(其实就是下面的情况:B是A的根节点出发的子结构);因此调用isSubRoot()即可
return isSubRoot(A.left, B.left) && isSubRoot(A.right, B.right);
}
}
4.9 合并二叉树(简单):深度优先搜索
题目:给你两棵二叉树: root1
和 root2
。
想象一下,当你将其中一棵覆盖到另一棵之上时,两棵树上的一些节点将会重叠(而另一些不会)。你需要将这两棵树合并成一棵新二叉树。合并的规则是:如果两个节点重叠,那么将这两个节点的值相加作为合并后节点的新值;否则,不为 null 的节点将直接作为新二叉树的节点。返回合并后的二叉树。注意: 合并过程必须从两个树的根节点开始。
思想:深度优先搜索合并;合并对应节点有三种情况:
-
两个节点都为空:合并后对应节点位置为空
-
只有一个节点为空:合并后对应节点位置是不为空节点的值
-
两个节点都不为空:合并后对应节点位置为两个值相加
总结:做好合并后值的判断即可
代码:
class Solution {
//合并两棵树
public TreeNode mergeTrees(TreeNode root1, TreeNode root2) {
//如果任意一棵树为空,直接返回另一棵树即可
if(root1 == null){
return root2;
}
if(root2 == null){
return root1;
}
//创建一颗新树,根节点为根节点之和
TreeNode newTree = new TreeNode(root1.val + root2.val);
//合并两个树的左节点
newTree.left = mergeTrees(root1.left,root2.left);
//合并两个树的右节点
newTree.right = mergeTrees(root1.right, root2.right);
return newTree;
}
}
4.10 二叉搜索树的最近公共祖先(中等):两次遍历
题目:给定一个二叉搜索树, 找到该树中两个指定节点的最近公共祖先(和1.11题解可以一样,但是二叉搜索树具有特定性质,可以根据其性质进行求解)
-
最近公共祖先的定义为:“对于有根树 T 的两个节点 p、q,最近公共祖先表示为一个节点 x,满足 x 是 p、q 的祖先且 x 的深度尽可能大(一个节点也可以是它自己的祖先)。”
思想:二叉搜索树的特点在于:有序;节点的左子树都比该节点小,节点的右子树都比该节点大;使用二次遍历法,对于节点p
而言
-
从根节点遍历:
-
如果当前节点为
p
,则找到节点 -
如果当前节点值大于
p
,则p
在当前节点的左子树 -
如果当前节点值小于
p
,则p
在当前节点的右子树 -
寻找节点的同时,记录走过的节点,当找到
p
与q
的路径pathP[i]
和pathQ[i]
后,p
和q
路径上的最后一个相同点就是最近公共祖先;即pathP[i] = pathQ[i]
时只要i
最大即可
总结:首先需要读懂题意,然后才能入手解决这种较为复杂的问题,可以设置一个专门判断是否存在节点p、q的函数,从而根据两种情况递归的使用该函数,最终得到结果
代码:
class Solution {
public TreeNode lowestCommonAncestor(TreeNode root, TreeNode p, TreeNode q) {
//拿到从根节点找到p或者q的路径
List<TreeNode> pathP = getPath(root, p);
List<TreeNode> pathQ = getPath(root, q);
TreeNode ancestor = new TreeNode();
//找到路径后,拿到两数组相等时的最大节点就是最近公共祖先
for(int i = 0; i < pathP.size() && i < pathQ.size(); i++){
if(pathP.get(i) == pathQ.get(i)){
ancestor = pathP.get(i);
}
}
return ancestor;
}
private List<TreeNode> getPath(TreeNode root, TreeNode p){
//创建接收走过路径的数组
List<TreeNode> res = new ArrayList<>();
TreeNode node = root;
//如果root值不等于p的值:根据p与root的左右节点的大小判断p在左子树还是右子树
while(node.val != p.val){
res.add(node);
if(p.val < node.val){
node = node.left;
}else{
node = node.right;
}
}
//如果root值等于p的值,也要放进数组,表示从根节点找到了p
res.add(node);
return res;
}
}
4.11 所有可能的路径(中等):深度优先搜索 + 递归
题目:给你一个有 n
个节点的 有向无环图(DAG),请你找出所有从节点 0
到节点 n-1
的路径并输出(不要求按特定顺序)
graph[i]
是一个从节点 i
可以访问的所有节点的列表(即从节点 i
到节点 graph[i][j]
存在一条有向边)。
思想:使用深度优先搜索求出可能路径,从0
出发,使用栈记录路径上的点,每次遍历到n - 1
就将栈中的记录加入答案中
-
有向无环图说明不会遍历同一个点,因此无法判断是否遍历过
总结:首先需要读懂题意,然后才能入手解决这种较为复杂的问题,可以设置一个专门判断是否存在节点p、q的函数,从而根据两种情况递归的使用该函数,最终得到结果
代码:
class Solution {
//设置一个二维集合用来记录所有路径
List<List<Integer>> res = new ArrayList<>();
//设置一个栈用来辅助深度优先搜索:栈的实现不再用stack而是用deque代替;栈的作用就是从一个节点的路径出发,如果一条路走到黑,可以方便的回到上一个节点继续向另一条路出发(因为栈是先入后出的,可以保证前面的路径正确,只是最后一条路走到了头);最后将走到头的栈的值存入二维集合中即可
Deque<Integer> stack = new LinkedList<>();
public List<List<Integer>> allPathsSourceTarget(int[][] graph) {
//从节点0出发,因此栈中第一个元素是节点0
stack.offerLast(0);
//搜索:从节点0到节点n - 1的路径
dfs(graph, 0, graph.length - 1);
return res;
}
private void dfs(int[][] graph, int x, int n){
//如果搜索到n - 1节点,则将其加入集合中(注意此时的n就是graph.length - 1即n - 1)
if(x == n){
res.add(new ArrayList<Integer>(stack));
return;
}
//如果还没搜索到最后一个节点,则从节点0所在索引的所有值出发搜索
for(int y : graph[x]){
stack.offerLast(y);
//从节点0索引的每一个值出发搜索路径即可
dfs(graph, y, n);
//每次搜索完毕后出栈
stack.pollLast();
}
}
}
4.12 省份数量(中等):深度优先搜索
题目:有 n
个城市,其中一些彼此相连,另一些没有相连。如果城市 a
与城市 b
直接相连,且城市 b
与城市 c
直接相连,那么城市 a
与城市 c
间接相连。省份 是一组直接或间接相连的城市,组内不含其他没有相连的城市。
给你一个 n x n
的矩阵 isConnected
,其中 isConnected[i][j] = 1
表示第 i
个城市和第 j
个城市直接相连,而 isConnected[i][j] = 0
表示二者不直接相连。返回矩阵中 省份 的数量。
思想:其实就是求一个矩阵中的连通块数量,使用深度优先搜索:
-
遍历所有城市,如果城市未被访问过,则从该城市开始深度优先搜索
-
通过
isConnected
可以知道该城市与哪个城市相连-
相连城市就是一个连通分量,直到同一个连通分量的所有城市都被访问到,就能够得到一个省份;
-
-
最终所有连通分量的总数就是省份总数
总结:该题的关键在于深度优先搜索进行搜索的路径形式的变化,采用遍历的方式进行
代码:
class Solution {
public int findCircleNum(int[][] isConnected) {
//城市数量
int city = isConnected.length;
//设置省份数量
int province = 0;
boolean[] isVisited = new boolean[city];
//遍历所有城市,如果城市未被访问过,则进行深度优先搜索
for(int i = 0; i < city; i++){
if(isVisited[i] == false){
dfs(isConnected, city, i, isVisited);
province++;
}
}
return province;
}
//从当前节点对所有城市进行深度优先搜索,路径按照isConnected中给出,访问过后将状态修改为true(默认为false)
private void dfs(int[][] isConnected, int city, int i, boolean[] isVisited){
for(int j = 0; j < city; j++){
if(isConnected[i][j] == 1 && isVisited[j] == false){
isVisited[j] = true;
//当前节点搜索后,从相邻节点继续搜索
dfs(isConnected, city, j, isVisited);
}
}
}
}
4.13 深度优先搜索的总结
-
思想:深度优先搜索就是一条路走到黑,从某个节点出发,然后一直走到头,然后从上一个节点继续出发走到头,直到所有节点都搜索完毕;
-
实现:实现深度优先搜索时,应注意三点:
-
观察节点出发的路径如何实现,在数组中经常是上下左右的实现,比如
-
//进行深度优先搜索: 上下左右都搜索一遍 dfs(grid, i - 1, j); dfs(grid, i + 1, j); dfs(grid, i, j - 1); dfs(grid, i, j + 1); //或者利用循环 for(int j = 0; j < city; j++){ if(isConnected[i][j] == 1 && isVisited[j] == false){ isVisited[j] = true; //当前节点搜索后,从相邻节点继续搜索 dfs(isConnected, city, j, isVisited); } }
-
节点访问过后的标记,通常是使用
boolean[] flag
标记即可,访问后设置为true文章来源:https://www.toymoban.com/news/detail-660613.html -
访问过的节点路径的存储,特殊情况下要用到栈文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-660613.html
-
到了这里,关于深度优先搜索算法的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!