中石油oj周赛:二叉树的深度与宽度

【题目描述】
有一颗二叉树,如下图:
在这里插入图片描述此二叉树共有7个结点①②③④⑤⑥⑦,并约定结点①为根结点,处在第一层。根结点①有2个孩子,左孩子为②,右孩子为③,并约定二叉树的一个结点最多有2个孩子。
二叉树可以用三元式表示,(结点 左孩子 右孩子)
对于上图的二叉树可以表示为:
在这里插入图片描述上面二叉树的深度为4(即最大层次数),宽度为3(即,同一层上最多结点数)。

输入
第一行一个整数(1≤n≤30),即结点个数。
接下来 n行,每行三个数,即结点三元式。

输出
一行,含二个整数,即二叉树深度和宽度

样例输入

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

样例输出

3 2

思路:
模拟二叉树有一个非常简便的形式,即堆模拟,开一个较大的数组,根节点约定为1,某一个非叶子节点约定为k,则有如下性质:

  • 编号为k的节点的左孩子为2k,右孩子为2k+1
  • 除根节点外,编号为奇数的节点一定为左孩子,编号为偶数的节点一定为右孩子

但是题目的数据大小为n=30,在边界情况为整个树退化为一棵链时,需要开的空间大小为2^31,已经会爆了全局区了,因此不可以使用次方法。

因为数据比较小的原因,我们可以使用邻接表/邻接矩阵存储。使用广度优先搜索(BFS),从根节点开始搜,树的边权记做1。可以证明,在同一层上的节点,使用BFS得到的距离会相同,因此求树的最大宽度可以把所有节点的距离遍历一遍,找到出现次数最多的那个距离,其出现次数就是树的最大宽度,同理,我们发现树最深的节点距离根节点最远,因此树的深度即为距离根节点最远的节点的距离(dist)+ 1,因为根节点距离自己的的距离会被初始化为0.

AC代码:

#include <iostream>
#include <cstring>
#include <algorithm>
#include <queue>
#include <map>
using namespace std;

const int N = 300;
int n;
bool g[N][N];
bool w[N];
int dist[N];
map<int, int> m;    //<层数,出现的次数>

int max_d, max_w;   //二叉树的最大深度和宽度

void bfs() {        //经典广搜板子
    memset(dist, 0x3f, sizeof dist);
    queue<int> q;
    dist[1] = 1;
    q.push(1);
    
    while(!q.empty()) {
        int t = q.front();
        q.pop();
        
        for(int i = 1; i <= n; i ++) {
            //g[t][i]
            
            if(g[t][i]) {
                dist[i] = dist[t] + 1;
                q.push(i);
            }
        }
    }
}

int main() {
    scanf("%d", &n);
    for(int i = 1; i <= n; i ++) {
        int p, lc, rc;
        scanf("%d%d%d", &p, &lc, &rc);
        
        g[p][lc] = true;
        g[p][rc] = true;
    }
    
    bfs();
    //for(int i = 1; i <= n; i ++) cout << dist[i] << endl;
    
    for(int i = 1; i <= n; i ++) {
        max_d = max(max_d, dist[i]);
        m[dist[i]] ++;
    }
    for(auto x : m) {
        max_w = max(max_w, x.second);
    }
    
    cout << max_d << ' ' << max_w << endl;
    
    return 0;
}

题外话:对于BFS中状态数组st的思考:

  • 状态数组st是防止一个节点重复进入队列,即防止节点再次被遍历。如果遍历的图不存在环(比如树、链),且对于连通性无要求时,可以不使用状态数组st.
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