7-4 是否同一棵二叉搜索树-PTA

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       给定一个插入序列就可以唯一确定一棵二叉搜索树。然而,一棵给定的二叉搜索树却可以由多种不同的插入序列得到。例如分别按照序列{2, 1, 3}和{2, 3, 1}插入初始为空的二叉搜索树,都得到一样的结果。于是对于输入的各种插入序列,你需要判断它们是否能生成一样的二叉搜索树。

输入格式:

      输入包含若干组测试数据。每组数据的第1行给出两个正整数N (≤10)和L,分别是每个序列插入元素的个数和需要检查的序列个数。第2行给出N个以空格分隔的正整数,作为初始插入序列。最后L行,每行给出N个插入的元素,属于L个需要检查的序列。

     简单起见,我们保证每个插入序列都是1到N的一个排列。当读到N为0时,标志输入结束,这组数据不要处理。

输出格式:

     对每一组需要检查的序列,如果其生成的二叉搜索树跟对应的初始序列生成的一样,输出“Yes”,否则输出“No”。

输入样例:

4 2
3 1 4 2
3 4 1 2
3 2 4 1
2 1
2 1
1 2
0

输出样例:

Yes
No
No

       根据题目意思可得,我们需要判断两个序列是否对应相同的二叉搜索树,求解思路有多种,例如:

1.我们可以分别建立两个二叉搜索树进行判别,分别递归判断其左右子树是否相同;

2.不建树的判别方法;比如对于序列3 1 4 2和3 2 4 1,我们首先比较第一个数字(根结点),若不相同,则肯定不是相同的二叉树;其次把序列1和2中比根结点小的数放在根结点左边,大的放在右边,则序列变为1 2 3 4和2 1 3 4;然后分别比较根结点左边序列和右边序列,看是否相同。

3.建立一棵树,在判别其他序列是否与该树一致。

具体可见老师讲的视频https://www.icourse163.org/learn/ZJU-93001?tid=1003013004#/learn/content?type=detail&id=1004242208&cid=1005239479

      我们这里主要讲述第3种方法。因此我们的程序框架为:

int main()
{
 对每组数据
    *读入N和L;
    *根据第一行序列建立数T;
    *依据树T分别判别后面的L个序列是否能与树T形成同一个二叉搜索树并输出结果;
 return 0;
}

        那么我们首先需要解决的便是如何建立搜索树T 。我们可以利用二叉搜索树的插入算法,如下:

/**********二叉搜索树插入算法***********/
BinTree Insert(int X,BinTree BST)
{
	if( !BST ){  //空树 
		BST = (BinTree)malloc(sizeof(struct TreeNode));
		BST->Data = X;
		BST->flag = 0;
		BST->Left = BST->Right = NULL;
	}else{
		if(X > BST->Data)  
		    BST->Right = Insert(X,BST->Right);  //递归插入右子树 
		else if(X < BST->Data)  
		    BST->Left = Insert(X,BST->Left);    //递归插入左子树  
		//else X 存在,什么也不做 
	}
	return BST; 
}

       我们只需要连续插入N次,就可以构成一个搜索树了。

BinTree MakeTree(int N)
{
	int x;
	BinTree BST = NULL;
	
	for(int i=0; i<N; i++){
		scanf("%d",&x);
		BST = Insert(x,BST);  //插入法构建二叉搜索树 
	}
	
	return BST;
}

      其次,我们如何判别序列与树T是否一致呢?方法如下:

       我们如何表征结点在前面出现过呢?只需要给结点的数据结构里加上一个flag标志,flag=1说明前面出现过(访问过),否则则相反。

typedef struct TreeNode *Position;
typedef Position BinTree; /* 二叉树类型 */
struct TreeNode{ /* 树结点定义 */
    int Data; /* 结点数据 */
    BinTree Left;     /* 指向左子树 */
    BinTree Right;    /* 指向右子树 */
    int flag;  //用于标记此结点是否被访问过 
};

       判别函数如下:

int Check(BinTree BST,int X)
{
	if( BST->flag ){  /*该结点前面已经访问过(见过)*/
		if(X < BST->Data)  return Check(BST->Left,X);
		else if(X > BST->Data)  return Check(BST->Right,X);
		else return 0;  //序列中有两个相同的数,那么其肯定不与二叉搜索树T相同,返回0 
	}else{  /*没见过*/ 
		if(X == BST->Data){  
			BST->flag = 1; //标记为访问过(见过) 
			return 1;  //一致 
		}else{
			return 0;  //不一致 
		}
	} 
 } 

int Judge(BinTree BST,int N)
{
	int x;
	int flag = 0;  //flag=0代表目前还一致, 1代表已经不一致 
	
	scanf("%d",&x);
	if(x != BST->Data)  flag = 1;  //若输入序列的第一个数与根节点不一致,则不是同一棵二叉搜索树 
	else BST->flag = 1;   //否则,此结点已被访问过,标记记录为1 
	for(int i=1; i<N; i++){
		scanf("%d",&x);
		/*如果flag已经为1,则不需要继续做Check()函数,继续读取完此序列的数*/
		/*否则,判断Check()函数,若为0,flag = 1*/ 
		if((!flag) && (!Check(BST,x)))  flag = 1; 
	}
	if( flag )  return 0;  //不是同一棵树 
	else return 1; 
}

      总的实现程序为: 

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>

typedef struct TreeNode *Position;
typedef Position BinTree; /* 二叉树类型 */
struct TreeNode{ /* 树结点定义 */
    int Data; /* 结点数据 */
    BinTree Left;     /* 指向左子树 */
    BinTree Right;    /* 指向右子树 */
    int flag;  //用于标记此结点是否被访问过 
};

Position MakeTree(int N);
int Judge(BinTree BST,int N);
void ResetTree(BinTree BST);
void FreeTree(BinTree BST);

int main()
{
	int N,L;
	BinTree T = NULL;
	
	scanf("%d",&N);
	while( N ){
		scanf("%d",&L);
		T = MakeTree(N);
		for(int i=0; i<L; i++){
			if(Judge(T,N))  printf("Yes\n");
			else  printf("No\n");
			ResetTree(T);  //清除树中每个结点的flag标记 
		}
		FreeTree(T);   //释放树的结点空间 
		scanf("%d",&N);
	}
	return 0;
}

/**********二叉搜索树插入算法***********/
Position Insert(int X,BinTree BST)
{
	if( !BST ){  //空树 
		BST = (BinTree)malloc(sizeof(struct TreeNode));
		BST->Data = X;
		BST->flag = 0;
		BST->Left = BST->Right = NULL;
	}else{
		if(X > BST->Data)  
		    BST->Right = Insert(X,BST->Right);  //递归插入右子树 
		else if(X < BST->Data)  
		    BST->Left = Insert(X,BST->Left);    //递归插入左子树  
		//else X 存在,什么也不做 
	}
	return BST; 
}

Position MakeTree(int N)
{
	int x;
	BinTree BST = NULL;
	
	for(int i=0; i<N; i++){
		scanf("%d",&x);
		BST = Insert(x,BST);  //插入法构建二叉搜索树 
	}
	
	return BST;
}

int Check(BinTree BST,int X)
{
	if( BST->flag ){  /*该结点前面已经访问过(见过)*/
		if(X < BST->Data)  return Check(BST->Left,X);
		else if(X > BST->Data)  return Check(BST->Right,X);
		else return 0;  //序列中有两个相同的数,那么其肯定不与二叉搜索树T相同,返回0 
	}else{  /*没见过*/ 
		if(X == BST->Data){  
			BST->flag = 1; //标记为访问过(见过) 
			return 1;  //一致 
		}else{
			return 0;  //不一致 
		}
	} 
 } 

int Judge(BinTree BST,int N)
{
	int x;
	int flag = 0;  //flag=0代表目前还一致, 1代表已经不一致 
	
	scanf("%d",&x);
	if(x != BST->Data)  flag = 1;  //若输入序列的第一个数与根节点不一致,则不是同一棵二叉搜索树 
	else BST->flag = 1;   //否则,此结点已被访问过,标记记录为1 
	for(int i=1; i<N; i++){
		scanf("%d",&x);
		/*如果flag已经为1,则不需要继续做Check()函数,继续读取完此序列的数*/
		/*否则,判断Check()函数,若为0,flag = 1*/ 
		if((!flag) && (!Check(BST,x)))  flag = 1; 
	}
	if( flag )  return 0;  //不是同一棵树 
	else return 1; 
}

void ResetTree(BinTree BST)
{
	if( BST ){
	    if(BST->Left) ResetTree(BST->Left);   //清除左子树标记 
	    if(BST->Right) ResetTree(BST->Right);  //清除右子树标记 
	    BST->flag = 0;          //清除根节点标记 
	}
}

void FreeTree(BinTree BST)
{
	if( BST ){
	    if(BST->Left) FreeTree(BST->Left);    //释放左子树空间 
	    if(BST->Right) FreeTree(BST->Right);   //释放右子树空间 
	    free(BST);              //释放根节点空间 
	}
}

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