【递归、搜索与回溯算法】深度优先搜索
- 深度优先遍历 VS 深度优先搜索
- 一、[计算布尔二叉树的值](https://leetcode.cn/problems/evaluate-boolean-binary-tree/description/)
- 二、[求根节点到叶节点数字之和](https://leetcode.cn/problems/sum-root-to-leaf-numbers/description/)
- 三、[二叉树剪枝](https://leetcode.cn/problems/binary-tree-pruning/description/)
- 四、[验证二叉搜索树](https://leetcode.cn/problems/validate-binary-search-tree/description/)
- 五、[二叉搜索树中第 K 小的元素](https://leetcode.cn/problems/kth-smallest-element-in-a-bst/description/)
- 六、[二叉树的所有路径](https://leetcode.cn/problems/binary-tree-paths/description/)
- 结尾
深度优先遍历 VS 深度优先搜索
- 深度优先遍历：按照深度优先的顺序访问结构中的所有节点
- 深度优先搜索：在一个状态空间（如迷宫、图、决策树）中寻找满足特定条件的解，可能不需要遍历所有节点，找到解后可提前终止。
遍历是形式，搜索是目的。
- 遍历强调 “按规则走一遍”，深度优先遍历规定了 “先深入一条路，再回溯” 的访问顺序。这种形式是中性的，本身不带有明确的目标，只是确保覆盖所有元素
- 搜索则是 “带着目的去遍历”，比如在图中找两个节点的路径、在树中找某个值的节点、在迷宫中找出口 —— 本质上是利用遍历的形式，在访问元素的过程中判断是否满足目标条件，一旦找到就可以停止（或继续寻找所有解）
一、计算布尔二叉树的值
题目描述：
思路讲解：
本道题需要我们计算布尔二叉树的值，那么首先我们就要计算根节点的左子树的布尔值和右子树的布尔值，而左右子树的布尔值又需要根据它们的左右子树的布尔值计算得来，所以本道题可以使用递归来实现。
以下是具体思路：
- 终止条件：
- 若当前节点是叶子节点（没有左右孩子），直接返回其值（True 对应 1，False 对应 0）
- 递归逻辑：
- 对于非叶子节点，先递归计算左子树的值（left_val）和右子树的值（right_val）
- 根据当前节点的运算符（2 表示 OR，3 表示 AND），对 left_val 和 right_val 进行逻辑运算：
- 若节点值为 2（OR）：结果为 left_val OR right_val
- 若节点值为 3（AND）：结果为 left_val AND right_val
- 返回结果：
- 返回当前节点的运算结果，供上层节点使用
编写代码：
/*** Definition for a binary tree node.* struct TreeNode {* int val;* TreeNode *left;* TreeNode *right;* TreeNode() : val(0), left(nullptr), right(nullptr) {}* TreeNode(int x) : val(x), left(nullptr), right(nullptr) {}* TreeNode(int x, TreeNode *left, TreeNode *right) : val(x), left(left), right(right) {}* };*/
class Solution {
public:bool evaluateTree(TreeNode* root) {if(root->left == nullptr && root->right == nullptr)return root->val;bool left = evaluateTree(root->left);bool right = evaluateTree(root->right);return root->val == 2 ? left | right : left & right;}
};
二、求根节点到叶节点数字之和
题目描述：
思路讲解：
本道题需要我们求根节点到叶节点数字之和，那么就需要记录根节点到当前节点形成的数字，通过将数字传递给左右子树，让左右子树形成新的数字，再让左右子树将数字传递给它们的左右子树，直到到了叶子节点，将形成的数字返回，通过层层递归将左右子树返回的值相加即可完成本道题。
以下是具体思路：
- 递归参数：
- 除了当前节点，还需要一个参数 prveSum 记录从根节点到当前节点的路径所形成的数字
- 终止条件：
- 当遇到叶节点时，计算从根节点到当前节点的路径所形成的数字 currentSum ，并返回该值
- 递归逻辑：
- 对于非叶节点，更新 currentSum：currentSum = prveSum * 10 + 当前节点值
- 递归遍历左子树和右子树，将左右子树的返回值相加后返回
编写代码：
/*** Definition for a binary tree node.* struct TreeNode {* int val;* TreeNode *left;* TreeNode *right;* TreeNode() : val(0), left(nullptr), right(nullptr) {}* TreeNode(int x) : val(x), left(nullptr), right(nullptr) {}* TreeNode(int x, TreeNode *left, TreeNode *right) : val(x), left(left), right(right) {}* };*/
class Solution {
public:int _sumNumbers(TreeNode* root , int prevSum) {int curSum = prevSum * 10 + root->val;if(root->left == nullptr && root->right == nullptr)return curSum;int left = 0 , right = 0;if(root->left)left = _sumNumbers(root->left , curSum);if(root->right)right = _sumNumbers(root->right , curSum);return left + right;}int sumNumbers(TreeNode* root) {return _sumNumbers(root,0);}
};
三、二叉树剪枝
题目描述：
思路讲解：
本道题需要我们移除了所有不包含 1 的子树，所以我们需要先判断左右子树是否可以被剪枝，左右子树也需要先判断它们的左右子树是否被剪枝，所以可以使用递归的思路完成本道题，以下是具体思路：
- 终止条件：
- 若当前节点为空，直接返回空
- 递归逻辑：
- 先递归剪枝左子树和右子树，得到修剪后的左、右子树新节点
- 判断当前子树是否保留：
- 若当前节点值为 0，且修剪后的左、右子树均为空（说明整个子树没有 1），则移除当前子树，返回空
- 否则，保留当前节点，将其左、右指针指向修剪后的子树，返回当前节点
编写代码：
/*** Definition for a binary tree node.* struct TreeNode {* int val;* TreeNode *left;* TreeNode *right;* TreeNode() : val(0), left(nullptr), right(nullptr) {}* TreeNode(int x) : val(x), left(nullptr), right(nullptr) {}* TreeNode(int x, TreeNode *left, TreeNode *right) : val(x), left(left), right(right) {}* };*/
class Solution {
public:TreeNode* pruneTree(TreeNode* root) {if(root == nullptr) return nullptr;root->left = pruneTree(root->left);root->right = pruneTree(root->right);return root->left == nullptr && root->right == nullptr && root->val == 0 ? nullptr : root;}
};
四、验证二叉搜索树
题目描述：
思路讲解：
本道题需要我们验证二叉树是否为二叉搜索树，这里就可以利用二叉搜索树的特性，也就是二叉树的中序遍历是有序的，来判断是否为二叉搜索树，以下是具体思路：
- 核心逻辑：
- 二叉搜索树的中序遍历结果是严格递增的序列。若遍历结果中出现非递增情况（如后一个元素 <= 前一个元素），则不是有效的二叉搜索树
- 状态记录：
- 用一个变量记录上一个访问的节点值
- 递归逻辑：
- 中序遍历左子树，过程中检查是否已出现非递增情况，出现说明该子树不是搜索二叉树，返回 false
- 访问当前节点，与前一个访问的节点值比较：若当前节点值 ≤ 前一个节点值，说明该子树不是搜索二叉树，返回 false
- 中序遍历右子树，同样传递比较状态
编写代码：
/*** Definition for a binary tree node.* struct TreeNode {* int val;* TreeNode *left;* TreeNode *right;* TreeNode() : val(0), left(nullptr), right(nullptr) {}* TreeNode(int x) : val(x), left(nullptr), right(nullptr) {}* TreeNode(int x, TreeNode *left, TreeNode *right) : val(x), left(left), right(right) {}* };*/
class Solution {long long prev = LLONG_MIN;
public:bool isValidBST(TreeNode* root) {if(root == nullptr) return true;bool left = isValidBST(root->left);if(!left || root->val <= prev) return false;prev = root->val;return isValidBST(root->right);}
};
五、二叉搜索树中第 K 小的元素
题目描述：
思路讲解：
本道题需要我们找到二叉搜索树中第 K 小的元素，依旧是利用二叉搜索树中序遍历是有序的特性，找到第K小的元素。以下是具体思路：
- 核心逻辑：
- 二叉搜索树的中序遍历会得到一个递增序列，第 k 个被访问的节点就是第 k 小的元素
- 递归逻辑：
- 中序遍历左子树，过程中减少还需要访问的节点数量
- 若已找到第 k 个节点，直接返回结果
- 访问当前节点，将计数减1 ；若计数等于 0，当前节点即为目标，返回其值
- 中序遍历右子树，过程中减少还需要访问的节点数量
- 终止条件：
- 当计数为 0 时，终止遍历并返回对应节点值
编写代码：
/*** Definition for a binary tree node.* struct TreeNode {* int val;* TreeNode *left;* TreeNode *right;* TreeNode() : val(0), left(nullptr), right(nullptr) {}* TreeNode(int x) : val(x), left(nullptr), right(nullptr) {}* TreeNode(int x, TreeNode *left, TreeNode *right) : val(x), left(left), right(right) {}* };*/
class Solution {int cnt , ans;
public:void _kthSmallest(TreeNode* root) {if(root == nullptr || cnt == 0) return;_kthSmallest(root->left);cnt--;if(cnt == 0) ans = root->val;_kthSmallest(root->right);}int kthSmallest(TreeNode* root, int k) {cnt = k;_kthSmallest(root);return ans;}
};
六、二叉树的所有路径
题目描述：
思路讲解：
本道题需要我们找出二叉树的所有路径，也就是我们需要遍历一遍二叉树，并且记录当前路径，当遍历到叶子节点的时候，将当前路径加入到结果集中，以下是具体思路：
- 函数参数：
- 当前节点，也就是子树的根节点
- 记录从根节点到当前节点的路径
- 终止条件：
- 当遇到叶子节点时，将当前路径加入完整路径的结果集并返回
- 递归逻辑：
- 若当前节点不是叶子节点，更新当前路径：拼接当前节点值和 “->”
- 递归遍历左子树，传递更新后的当前路径
- 递归遍历右子树，传递更新后的当前路径
编写代码：
/*** Definition for a binary tree node.* struct TreeNode {* int val;* TreeNode *left;* TreeNode *right;* TreeNode() : val(0), left(nullptr), right(nullptr) {}* TreeNode(int x) : val(x), left(nullptr), right(nullptr) {}* TreeNode(int x, TreeNode *left, TreeNode *right) : val(x), left(left), right(right) {}* };*/
class Solution {vector<string> ans;
public:void _binaryTreePaths(TreeNode* root , string path){path += to_string(root->val);if(root->left == nullptr && root->right == nullptr){ans.push_back(path);return;}path += "->";if(root->left) _binaryTreePaths(root->left , path);if(root->right) _binaryTreePaths(root->right , path); }vector<string> binaryTreePaths(TreeNode* root) {_binaryTreePaths(root,string());return ans;}
};
结尾
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