0257.二叉树的所有路径


文档摘要

参与本项目 ,贡献其他语言版本的代码,拥抱开源,让更多学习算法的小伙伴们受益! 以为只用了递归,其实还用了回溯 二叉树的所有路径 力扣题目链接 给定一个二叉树,返回所有从根节点到叶子节点的路径。 说明: 叶子节点是指没有子节点的节点。 示例: 257.二叉树的所有路径1 算法公开课 《代码随想录》算法视频公开课::递归中带着回溯,你感受到了没?| LeetCode:257. 二叉树的所有路径,相信结合视频在看本篇题解,更有助于大家对本题的理解。 思路 这道题目要求从根节点到叶子的路径,所以需要前序遍历,这样才方便让父节点指向孩子节点,找到对应的路径。 在这道题目中将第一次涉及到回溯,因为我们要把路径记录下来,需要回溯来回退一个路径再进入另一个路径。 前序遍历以及回溯的过程如图: 257.

参与本项目,贡献其他语言版本的代码,拥抱开源,让更多学习算法的小伙伴们受益!

以为只用了递归,其实还用了回溯

257. 二叉树的所有路径

力扣题目链接

给定一个二叉树,返回所有从根节点到叶子节点的路径。

说明: 叶子节点是指没有子节点的节点。

示例:
257.二叉树的所有路径1

算法公开课

《代码随想录》算法视频公开课::,相信结合视频在看本篇题解,更有助于大家对本题的理解

思路

这道题目要求从根节点到叶子的路径,所以需要前序遍历,这样才方便让父节点指向孩子节点,找到对应的路径。

在这道题目中将第一次涉及到回溯,因为我们要把路径记录下来,需要回溯来回退一个路径再进入另一个路径。

前序遍历以及回溯的过程如图:

257.二叉树的所有路径

我们先使用递归的方式,来做前序遍历。要知道递归和回溯就是一家的,本题也需要回溯。

递归

  1. 递归函数参数以及返回值

要传入根节点,记录每一条路径的path,和存放结果集的result,这里递归不需要返回值,代码如下:

void traversal(TreeNode* cur, vector<int>& path, vector<string>& result)
  1. 确定递归终止条件

在写递归的时候都习惯了这么写:

if (cur == NULL) { 终止处理逻辑 }

但是本题的终止条件这样写会很麻烦,因为本题要找到叶子节点,就开始结束的处理逻辑了(把路径放进result里)。

那么什么时候算是找到了叶子节点? 是当 cur不为空,其左右孩子都为空的时候,就找到叶子节点。

所以本题的终止条件是:

if (cur->left == NULL && cur->right == NULL) { 终止处理逻辑 }

为什么没有判断cur是否为空呢,因为下面的逻辑可以控制空节点不入循环。

再来看一下终止处理的逻辑。

这里使用vector 结构path来记录路径,所以要把vector 结构的path转为string格式,再把这个string 放进 result里。

那么为什么使用了vector 结构来记录路径呢? 因为在下面处理单层递归逻辑的时候,要做回溯,使用vector方便来做回溯。

可能有的同学问了,我看有些人的代码也没有回溯啊。

其实是有回溯的,只不过隐藏在函数调用时的参数赋值里,下文我还会提到。

这里我们先使用vector结构的path容器来记录路径,那么终止处理逻辑如下:

if (cur->left == NULL && cur->right == NULL) { // 遇到叶子节点 string sPath; for (int i = 0; i < path.size() - 1; i++) { // 将path里记录的路径转为string格式 sPath += to_string(path[i]); sPath += "->"; } sPath += to_string(path[path.size() - 1]); // 记录最后一个节点(叶子节点) result.push_back(sPath); // 收集一个路径 return; }
  1. 确定单层递归逻辑

因为是前序遍历,需要先处理中间节点,中间节点就是我们要记录路径上的节点,先放进path中。

path.push_back(cur->val);

然后是递归和回溯的过程,上面说过没有判断cur是否为空,那么在这里递归的时候,如果为空就不进行下一层递归了。

所以递归前要加上判断语句,下面要递归的节点是否为空,如下

if (cur->left) { traversal(cur->left, path, result); } if (cur->right) { traversal(cur->right, path, result); }

此时还没完,递归完,要做回溯啊,因为path 不能一直加入节点,它还要删节点,然后才能加入新的节点。

那么回溯要怎么回溯呢,一些同学会这么写,如下:

if (cur->left) { traversal(cur->left, path, result); } if (cur->right) { traversal(cur->right, path, result); } path.pop_back();

这个回溯就有很大的问题,我们知道,回溯和递归是一一对应的,有一个递归,就要有一个回溯,这么写的话相当于把递归和回溯拆开了, 一个在花括号里,一个在花括号外。

所以回溯要和递归永远在一起,世界上最遥远的距离是你在花括号里,而我在花括号外!

那么代码应该这么写:

if (cur->left) { traversal(cur->left, path, result); path.pop_back(); // 回溯 } if (cur->right) { traversal(cur->right, path, result); path.pop_back(); // 回溯 }

那么本题整体代码如下:

// 版本一 class Solution { private: void traversal(TreeNode* cur, vector<int>& path, vector<string>& result) { path.push_back(cur->val); // 中,中为什么写在这里,因为最后一个节点也要加入到path中 // 这才到了叶子节点 if (cur->left == NULL && cur->right == NULL) { string sPath; for (int i = 0; i < path.size() - 1; i++) { sPath += to_string(path[i]); sPath += "->"; } sPath += to_string(path[path.size() - 1]); result.push_back(sPath); return; } if (cur->left) { // 左 traversal(cur->left, path, result); path.pop_back(); // 回溯 } if (cur->right) { // 右 traversal(cur->right, path, result); path.pop_back(); // 回溯 } } public: vector<string> binaryTreePaths(TreeNode* root) { vector<string> result; vector<int> path; if (root == NULL) return result; traversal(root, path, result); return result; } };

如上的C++代码充分体现了回溯。

那么如上代码可以精简成如下代码:

class Solution { private: void traversal(TreeNode* cur, string path, vector<string>& result) { path += to_string(cur->val); // 中 if (cur->left == NULL && cur->right == NULL) { result.push_back(path); return; } if (cur->left) traversal(cur->left, path + "->", result); // 左 if (cur->right) traversal(cur->right, path + "->", result); // 右 } public: vector<string> binaryTreePaths(TreeNode* root) { vector<string> result; string path; if (root == NULL) return result; traversal(root, path, result); return result; } };

如上代码精简了不少,也隐藏了不少东西。

注意在函数定义的时候void traversal(TreeNode* cur, string path, vector<string>& result) ,定义的是string path,每次都是复制赋值,不用使用引用,否则就无法做到回溯的效果。(这里涉及到C++语法知识)

那么在如上代码中,貌似没有看到回溯的逻辑,其实不然,回溯就隐藏在traversal(cur->left, path + "->", result);中的 path + "->" 每次函数调用完,path依然是没有加上"->" 的,这就是回溯了。

为了把这份精简代码的回溯过程展现出来,大家可以试一试把:

if (cur->left) traversal(cur->left, path + "->", result); // 左 回溯就隐藏在这里

改成如下代码:

path += "->"; traversal(cur->left, path, result); // 左

即:

if (cur->left) { path += "->"; traversal(cur->left, path, result); // 左 } if (cur->right) { path += "->"; traversal(cur->right, path, result); // 右 }

此时就没有回溯了,这个代码就是通过不了的了。

如果想把回溯加上,就要 在上面代码的基础上,加上回溯,就可以AC了。

if (cur->left) { path += "->"; traversal(cur->left, path, result); // 左 path.pop_back(); // 回溯 '>' path.pop_back(); // 回溯 '-' } if (cur->right) { path += "->"; traversal(cur->right, path, result); // 右 path.pop_back(); // 回溯 '>' path.pop_back(); // 回溯 '-' }

整体代码如下:

//版本二 class Solution { private: void traversal(TreeNode* cur, string path, vector<string>& result) { path += to_string(cur->val); // 中,中为什么写在这里,因为最后一个节点也要加入到path中 if (cur->left == NULL && cur->right == NULL) { result.push_back(path); return; } if (cur->left) { path += "->"; traversal(cur->left, path, result); // 左 path.pop_back(); // 回溯 '>' path.pop_back(); // 回溯 '-' } if (cur->right) { path += "->"; traversal(cur->right, path, result); // 右 path.pop_back(); // 回溯'>' path.pop_back(); // 回溯 '-' } } public: vector<string> binaryTreePaths(TreeNode* root) { vector<string> result; string path; if (root == NULL) return result; traversal(root, path, result); return result; } };

大家应该可以感受出来,如果把 path + "->"作为函数参数就是可以的,因为并没有改变path的数值,执行完递归函数之后,path依然是之前的数值(相当于回溯了)

综合以上,第二种递归的代码虽然精简但把很多重要的点隐藏在了代码细节里,第一种递归写法虽然代码多一些,但是把每一个逻辑处理都完整的展现出来了。

拓展

这里讲解本题解的写法逻辑以及一些更具体的细节,下面的讲解中,涉及到C++语法特性,如果不是C++的录友,就可以不看了,避免越看越晕。

如果是C++的录友,建议本题独立刷过两遍,再看下面的讲解,同样避免越看越晕,造成不必要的负担。

在第二版本的代码中,其实仅仅是回溯了 -> 部分(调用两次pop_back,一个pop> 一次pop-),大家应该疑惑那么 path += to_string(cur->val); 这一步为什么没有回溯呢? 一条路径能持续加节点 不做回溯吗?

其实关键还在于 参数,使用的是 string path,这里并没有加上引用& ,即本层递归中,path + 该节点数值,但该层递归结束,上一层path的数值并不会受到任何影响。 如图所示:

节点4 的path,在遍历到节点3,path+3,遍历节点3的递归结束之后,返回节点4(回溯的过程),path并不会把3加上。

所以这是参数中,不带引用,不做地址拷贝,只做内容拷贝的效果。(这里涉及到C++引用方面的知识)

在第一个版本中,函数参数我就使用了引用,即 vector<int>& path ,这是会拷贝地址的,所以 本层递归逻辑如果有path.push_back(cur->val); 就一定要有对应的 path.pop_back()

那有同学可能想,为什么不去定义一个 string& path 这样的函数参数呢,然后也可能在递归函数中展现回溯的过程,但关键在于,path += to_string(cur->val); 每次是加上一个数字,这个数字如果是个位数,那好说,就调用一次path.pop_back(),但如果是 十位数,百位数,千位数呢? 百位数就要调用三次path.pop_back(),才能实现对应的回溯操作,这样代码实现就太冗余了。

所以,第一个代码版本中,我才使用 vector 类型的path,这样方便给大家演示代码中回溯的操作。 vector类型的path,不管 每次 路径收集的数字是几位数,总之一定是int,所以就一次 pop_back就可以。

迭代法

至于非递归的方式,我们可以依然可以使用前序遍历的迭代方式来模拟遍历路径的过程,对该迭代方式不了解的同学,可以看文章二叉树:听说递归能做的,栈也能做!二叉树:前中后序迭代方式统一写法

这里除了模拟递归需要一个栈,同时还需要一个栈来存放对应的遍历路径。

C++代码如下:

class Solution { public: vector<string> binaryTreePaths(TreeNode* root) { stack<TreeNode*> treeSt;// 保存树的遍历节点 stack<string> pathSt; // 保存遍历路径的节点 vector<string> result; // 保存最终路径集合 if (root == NULL) return result; treeSt.push(root); pathSt.push(to_string(root->val)); while (!treeSt.empty()) { TreeNode* node = treeSt.top(); treeSt.pop(); // 取出节点 中 string path = pathSt.top();pathSt.pop(); // 取出该节点对应的路径 if (node->left == NULL && node->right == NULL) { // 遇到叶子节点 result.push_back(path); } if (node->right) { // 右 treeSt.push(node->right); pathSt.push(path + "->" + to_string(node->right->val)); } if (node->left) { // 左 treeSt.push(node->left); pathSt.push(path + "->" + to_string(node->left->val)); } } return result; } };

当然,使用java的同学,可以直接定义一个成员变量为object的栈Stack<Object> stack = new Stack<>();,这样就不用定义两个栈了,都放到一个栈里就可以了。

总结

本文我们开始初步涉及到了回溯,很多同学过了这道题目,可能都不知道自己其实使用了回溯,回溯和递归都是相伴相生的。

我在第一版递归代码中,把递归与回溯的细节都充分的展现了出来,大家可以自己感受一下。

第二版递归代码对于初学者其实非常不友好,代码看上去简单,但是隐藏细节于无形。

最后我依然给出了迭代法。

对于本题充分了解递归与回溯的过程之后,有精力的同学可以再去实现迭代法。

其他语言版本

Java:

//解法一 //方式一 class Solution { /** * 递归法 */ public List<String> binaryTreePaths(TreeNode root) { List<String> res = new ArrayList<>();// 存最终的结果 if (root == null) { return res; } List<Integer> paths = new ArrayList<>();// 作为结果中的路径 traversal(root, paths, res); return res; } private void traversal(TreeNode root, List<Integer> paths, List<String> res) { paths.add(root.val);// 前序遍历,中 // 遇到叶子结点 if (root.left == null && root.right == null) { // 输出 StringBuilder sb = new StringBuilder();// StringBuilder用来拼接字符串,速度更快 for (int i = 0; i < paths.size() - 1; i++) { sb.append(paths.get(i)).append("->"); } sb.append(paths.get(paths.size() - 1));// 记录最后一个节点 res.add(sb.toString());// 收集一个路径 return; } // 递归和回溯是同时进行,所以要放在同一个花括号里 if (root.left != null) { // 左 traversal(root.left, paths, res); paths.remove(paths.size() - 1);// 回溯 } if (root.right != null) { // 右 traversal(root.right, paths, res); paths.remove(paths.size() - 1);// 回溯 } } } //方式二 class Solution { List<String> result = new ArrayList<>(); public List<String> binaryTreePaths(TreeNode root) { deal(root, ""); return result; } public void deal(TreeNode node, String s) { if (node == null) return; if (node.left == null && node.right == null) { result.add(new StringBuilder(s).append(node.val).toString()); return; } String tmp = new StringBuilder(s).append(node.val).append("->").toString(); deal(node.left, tmp); deal(node.right, tmp); } }
// 解法二 class Solution { /** * 迭代法 */ public List<String> binaryTreePaths(TreeNode root) { List<String> result = new ArrayList<>(); if (root == null) return result; Stack<Object> stack = new Stack<>(); // 节点和路径同时入栈 stack.push(root); stack.push(root.val + ""); while (!stack.isEmpty()) { // 节点和路径同时出栈 String path = (String) stack.pop(); TreeNode node = (TreeNode) stack.pop(); // 若找到叶子节点 if (node.left == null && node.right == null) { result.add(path); } //右子节点不为空 if (node.right != null) { stack.push(node.right); stack.push(path + "->" + node.right.val); } //左子节点不为空 if (node.left != null) { stack.push(node.left); stack.push(path + "->" + node.left.val); } } return result; } }

Python:

递归法+回溯

# Definition for a binary tree node. class Solution: def traversal(self, cur, path, result): path.append(cur.val) # 中 if not cur.left and not cur.right: # 到达叶子节点 sPath = '->'.join(map(str, path)) result.append(sPath) return if cur.left: # 左 self.traversal(cur.left, path, result) path.pop() # 回溯 if cur.right: # 右 self.traversal(cur.right, path, result) path.pop() # 回溯 def binaryTreePaths(self, root): result = [] path = [] if not root: return result self.traversal(root, path, result) return result

递归法+隐形回溯(版本一)

# Definition for a binary tree node. # class TreeNode: # def __init__(self, val=0, left=None, right=None): # self.val = val # self.left = left # self.right = right from typing import List, Optional class Solution: def binaryTreePaths(self, root: Optional[TreeNode]) -> List[str]: if not root: return [] result = [] self.traversal(root, [], result) return result def traversal(self, cur: TreeNode, path: List[int], result: List[str]) -> None: if not cur: return path.append(cur.val) if not cur.left and not cur.right: result.append('->'.join(map(str, path))) if cur.left: self.traversal(cur.left, path[:], result) if cur.right: self.traversal(cur.right, path[:], result)

递归法+隐形回溯(版本二)

# Definition for a binary tree node. # class TreeNode: # def __init__(self, val=0, left=None, right=None): # self.val = val # self.left = left # self.right = right class Solution: def binaryTreePaths(self, root: TreeNode) -> List[str]: path = '' result = [] if not root: return result self.traversal(root, path, result) return result def traversal(self, cur: TreeNode, path: str, result: List[str]) -> None: path += str(cur.val) # 若当前节点为leave,直接输出 if not cur.left and not cur.right: result.append(path) if cur.left: # + '->' 是隐藏回溯 self.traversal(cur.left, path + '->', result) if cur.right: self.traversal(cur.right, path + '->', result)

迭代法:

class Solution: def binaryTreePaths(self, root: TreeNode) -> List[str]: # 题目中节点数至少为1 stack, path_st, result = [root], [str(root.val)], [] while stack: cur = stack.pop() path = path_st.pop() # 如果当前节点为叶子节点,添加路径到结果中 if not (cur.left or cur.right): result.append(path) if cur.right: stack.append(cur.right) path_st.append(path + '->' + str(cur.right.val)) if cur.left: stack.append(cur.left) path_st.append(path + '->' + str(cur.left.val)) return result

Go:

递归法:

func binaryTreePaths(root *TreeNode) []string { res := make([]string, 0) var travel func(node *TreeNode, s string) travel = func(node *TreeNode, s string) { if node.Left == nil && node.Right == nil { v := s + strconv.Itoa(node.Val) res = append(res, v) return } s = s + strconv.Itoa(node.Val) + "->" if node.Left != nil { travel(node.Left, s) } if node.Right != nil { travel(node.Right, s) } } travel(root, "") return res }

迭代法:

func binaryTreePaths(root *TreeNode) []string { stack := []*TreeNode{} paths := make([]string, 0) res := make([]string, 0) if root != nil { stack = append(stack, root) paths = append(paths, "") } for len(stack) > 0 { l := len(stack) node := stack[l-1] path := paths[l-1] stack = stack[:l-1] paths = paths[:l-1] if node.Left == nil && node.Right == nil { res = append(res, path+strconv.Itoa(node.Val)) continue } if node.Right != nil { stack = append(stack, node.Right) paths = append(paths, path+strconv.Itoa(node.Val)+"->") } if node.Left != nil { stack = append(stack, node.Left) paths = append(paths, path+strconv.Itoa(node.Val)+"->") } } return res }

JavaScript:

递归法:

var binaryTreePaths = function(root) { //递归遍历+递归三部曲 let res = []; //1. 确定递归函数 函数参数 const getPath = function(node,curPath) { //2. 确定终止条件,到叶子节点就终止 if(node.left === null && node.right === null) { curPath += node.val; res.push(curPath); return; } //3. 确定单层递归逻辑 curPath += node.val + '->'; node.left && getPath(node.left, curPath); node.right && getPath(node.right, curPath); } getPath(root, ''); return res; };

迭代法:

var binaryTreePaths = function(root) { if (!root) return []; const stack = [root], paths = [''], res = []; while (stack.length) { const node = stack.pop(); let path = paths.pop(); if (!node.left && !node.right) { // 到叶子节点终止, 添加路径到结果中 res.push(path + node.val); continue; } path += node.val + '->'; if (node.right) { // 右节点存在 stack.push(node.right); paths.push(path); } if (node.left) { // 左节点存在 stack.push(node.left); paths.push(path); } } return res; };

TypeScript:

递归法

function binaryTreePaths(root: TreeNode | null): string[] { function recur(node: TreeNode, route: string, resArr: string[]): void { route += String(node.val); if (node.left === null && node.right === null) { resArr.push(route); return; } if (node.left !== null) recur(node.left, route + '->', resArr); if (node.right !== null) recur(node.right, route + '->', resArr); } const resArr: string[] = []; if (root === null) return resArr; recur(root, '', resArr); return resArr; };

迭代法

// 迭代法2 function binaryTreePaths(root: TreeNode | null): string[] { let helperStack: TreeNode[] = []; let tempNode: TreeNode; let routeArr: string[] = []; let resArr: string[] = []; if (root !== null) { helperStack.push(root); routeArr.push(String(root.val)); }; while (helperStack.length > 0) { tempNode = helperStack.pop()!; let route: string = routeArr.pop()!; // tempNode 对应的路径 if (tempNode.left === null && tempNode.right === null) { resArr.push(route); } if (tempNode.right !== null) { helperStack.push(tempNode.right); routeArr.push(route + '->' + tempNode.right.val); // tempNode.right 对应的路径 } if (tempNode.left !== null) { helperStack.push(tempNode.left); routeArr.push(route + '->' + tempNode.left.val); // tempNode.left 对应的路径 } } return resArr; };

Swift:

递归/回溯

func binaryTreePaths(_ root: TreeNode?) -> [String] { var res = [String]() guard let root = root else { return res } var path = [Int]() _binaryTreePaths(root, path: &path, res: &res) return res } func _binaryTreePaths(_ root: TreeNode, path: inout [Int], res: inout [String]) { path.append(root.val) if root.left == nil && root.right == nil { var str = "" for i in 0 ..< path.count - 1 { str.append("\(path[i])->") } str.append("\(path.last!)") res.append(str) return } if let left = root.left { _binaryTreePaths(left, path: &path, res: &res) path.removeLast() } if let right = root.right { _binaryTreePaths(right, path: &path, res: &res) path.removeLast() } }

迭代

func binaryTreePaths(_ root: TreeNode?) -> [String] { var res = [String]() guard let root = root else { return res } var stackNode = [TreeNode]() stackNode.append(root) var stackStr = [String]() stackStr.append("\(root.val)") while !stackNode.isEmpty { let node = stackNode.popLast()! let str = stackStr.popLast()! if node.left == nil && node.right == nil { res.append(str) } if let left = node.left { stackNode.append(left) stackStr.append("\(str)->\(left.val)") } if let right = node.right { stackNode.append(right) stackStr.append("\(str)->\(right.val)") } } return res }

Scala:

递归:

object Solution { import scala.collection.mutable.ListBuffer def binaryTreePaths(root: TreeNode): List[String] = { val res = ListBuffer[String]() def traversal(curNode: TreeNode, path: ListBuffer[Int]): Unit = { path.append(curNode.value) if (curNode.left == null && curNode.right == null) { res.append(path.mkString("->")) // mkString函数: 将数组的所有值按照指定字符串拼接 return // 处理完可以直接return } if (curNode.left != null) { traversal(curNode.left, path) path.remove(path.size - 1) } if (curNode.right != null) { traversal(curNode.right, path) path.remove(path.size - 1) } } traversal(root, ListBuffer[Int]()) res.toList } }

Rust:

// 递归 impl Solution { pub fn binary_tree_paths(root: Option<Rc<RefCell<TreeNode>>>) -> Vec<String> { let mut res = vec![]; Self::recur(&root, String::from(""), &mut res); res } pub fn recur(node: &Option<Rc<RefCell<TreeNode>>>, mut path: String, res: &mut Vec<String>) { let r = node.as_ref().unwrap().borrow(); path += format!("{}", r.val).as_str(); if r.left.is_none() && r.right.is_none() { res.push(path.to_string()); return; } if r.left.is_some() { Self::recur(&r.left, path.clone() + "->", res); } if r.right.is_some() { Self::recur(&r.right, path + "->", res); } } }

C#

public IList<string> BinaryTreePaths(TreeNode root) { List<int> path = new(); List<string> res = new(); if (root == null) return res; Traversal(root, path, res); return res; } public void Traversal(TreeNode node, List<int> path, List<string> res) { path.Add(node.val); if (node.left == null && node.right == null) { string sPath = ""; for (int i = 0; i < path.Count - 1; i++) { sPath += path[i].ToString(); sPath += "->"; } sPath += path[path.Count - 1].ToString(); res.Add(sPath); return; } if (node.left != null) { Traversal(node.left, path, res); path.RemoveAt(path.Count-1); } if (node.right != null) { Traversal(node.right, path, res); path.RemoveAt(path.Count-1); } }


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