回溯

1. 22. 括号生成

问题

数字 n 代表生成括号的对数,请你设计一个函数,用于能够生成所有可能的并且 有效的 括号组合。

示例1:

1
2
输入:n = 3
输出:["((()))","(()())","(())()","()(())","()()()"]

示例2:

1
2
输入:n = 1
输出:["()"]

提示:

1 <= n <= 8

代码

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class Solution {
public List<String> generateParenthesis(int n) {
List<String> result = new ArrayList<>();
backtracking(n, result, 0, 0, "");
return result;
}
private static void backtracking(int n, List<String> result, int left, int right, String str) {
if(right > left) {
return;
}
if(left == right && right == n) {
result.add(str);
return;
}
if(left < n) {
backtracking(n, result, left + 1, right, str + "(");
}
if(right < left) {
backtracking(n, result, left, right + 1, str + ")");
}
}
}

2. 77. 组合

问题

给定两个整数 nk,返回范围 [1, n] 中所有可能的 k 个数的组合。

你可以按 任何顺序 返回答案。

示例1:

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输入:n = 4, k = 2
输出:
[
[2,4],
[3,4],
[2,3],
[1,2],
[1,3],
[1,4],
]

示例2:

1
2
输入:n = 1, k = 1
输出:[[1]]

提示:

  • 1 <= n <= 20
  • 1 <= k <= n

代码

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class Solution {
private List<List<Integer>> result = new ArrayList<>();
private List<Integer> path = new ArrayList<>();
public List<List<Integer>> combine(int n, int k) {
backtracking(n, k, 1);
return result;
}

private void backtracking(int n, int k, int startIndex) {
// 终止条件
if(path.size() == k) {
result.add(new ArrayList<>(path));
return;
}
for(int i = startIndex; i <= n; i++) {
path.add(i);
backtracking(n, k, i + 1); // 遍历 下一个 纵向 元素
path.remove(path.size() - 1); // 遍历下一个 横向 元素(言外之意就是纵向元素已经遍历完回溯了,需要移除)
}
}

}

剪枝优化

搜索起点的上界 + 接下来要选择的元素个数 - 1 = n
其中,接下来要选择的元素个数 = k - path.size(),整理得到:

搜索起点的上界 = n - (k - path.size()) + 1
所以,我们的剪枝过程就是:把 i <= n 改成 i <= n - (k - path.size()) + 1 :

1
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for(int i = startIndex; i <= n - (k - path.size()) + 1; i++) {
path.add(i);
backtracking(n, k, i + 1); // 遍历 下一个 纵向 元素
path.remove(path.size() - 1); // 遍历下一个 横向 元素
}

3. 216. 组合总和 III

问题

找出所有相加之和为 n 的 k 个数的组合,且满足下列条件:

只使用数字1到9
每个数字 最多使用一次
返回 所有可能的有效组合的列表 。该列表不能包含相同的组合两次,组合可以以任何顺序返回。

示例1:

1
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输入: k = 3, n = 7
输出: [[1,2,4]]
解释:
1 + 2 + 4 = 7
没有其他符合的组合了。

示例2:

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7
输入: k = 3, n = 9
输出: [[1,2,6], [1,3,5], [2,3,4]]
解释:
1 + 2 + 6 = 9
1 + 3 + 5 = 9
2 + 3 + 4 = 9
没有其他符合的组合了。

示例3:

1
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输入: k = 4, n = 1
输出: []
解释: 不存在有效的组合。
在[1,9]范围内使用4个不同的数字,我们可以得到的最小和是1+2+3+4 = 10,因为10 > 1,没有有效的组合。

提示:

  • 2 <= k <= 9
  • 1 <= n <= 60

代码

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class Solution {
private List<Integer> path = new ArrayList<>();
private List<List<Integer>> result = new ArrayList<>();
public List<List<Integer>> combinationSum3(int k, int n) {
backtracking(k, n, 1, 0);
return result;
}
private void backtracking(int k, int n, int startIndex, int sum) {
if(path.size() == k) {
if(sum == n) {
result.add(new ArrayList<>(path));
return;
}
}
for(int i = startIndex; i <= 9; i++) {
sum += i;
path.add(i);
backtracking(k, n, i + 1, sum);
sum -= i;
path.remove(path.size() - 1);

}
}
}

剪枝优化:

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if(sum > n) {
return;
}
if(path.size() == k) {
if(sum == n) {
result.add(new ArrayList<>(path));
return;
}
}

4. 17. 电话号码的字母组合

问题

给定一个仅包含数字 2-9 的字符串,返回所有它能表示的字母组合。答案可以按 任意顺序 返回。

给出数字到字母的映射如下(与电话按键相同)。注意 1 不对应任何字母。

示例1:

1
2
输入:digits = "23"
输出:["ad","ae","af","bd","be","bf","cd","ce","cf"]

示例2:

1
2
输入:digits = ""
输出:[]

示例3:

1
2
输入:digits = "2"
输出:["a","b","c"]

提示:

  • 0 <= digits.length <= 4
  • digits[i] 是范围 ['2', '9'] 的一个数字。

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class Solution {
private final String[] letterMap = {
"", // 0
"", // 1
"abc", // 2
"def", // 3
"ghi", // 4
"jkl", // 5
"mno", // 6
"pqrs", // 7
"tuv", // 8
"wxyz" // 9
};
private List<String> result = new ArrayList<>();
public List<String> letterCombinations(String digits) {
if("".equals(digits)) {
return result;
}
backtracking(digits, 0, new StringBuilder());
return result;
}

private void backtracking(String digits, int index, StringBuilder subString) {
if(index == digits.length()) {
result.add(subString.toString());
return;
}
int digit = digits.charAt(index) - '0';
String letters = letterMap[digit];
for(int i = 0; i < letters.length(); i++) {
subString.append(letters.charAt(i));
backtracking(digits, index + 1, subString);
subString.delete(subString.length() - 1, subString.length());
}
}
}

5. 39. 组合总和 树枝剪枝或for循环剪枝

问题

给你一个 无重复元素 的整数数组 candidates 和一个目标整数 target ,找出 candidates 中可以使数字和为目标数 target 的 所有 不同组合 ,并以列表形式返回。你可以按 任意顺序 返回这些组合。

candidates 中的 同一个 数字可以 无限制重复被选取 。如果至少一个数字的被选数量不同,则两种组合是不同的。

对于给定的输入,保证和为 target 的不同组合数少于 150 个。

示例1:

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输入:candidates = [2,3,6,7], target = 7
输出:[[2,2,3],[7]]
解释:
23 可以形成一组候选,2 + 2 + 3 = 7 。注意 2 可以使用多次。
7 也是一个候选, 7 = 7
仅有这两种组合。

示例2:

1
2
输入: candidates = [2,3,5], target = 8
输出: [[2,2,2,2],[2,3,3],[3,5]]

示例3:

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输入: candidates = [2], target = 1
输出: []

代码

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class Solution {
public List<List<Integer>> combinationSum(int[] candidates, int target) {
List<List<Integer>> result = new ArrayList<>();
Arrays.sort(candiates);
backtracking(result, new ArrayList<>(), candidates, target, 0, 0);
return result;
}

private void backtracking(List<List<Integer>> res, List<Integer> path, int[] candidates, int target, int startIndex, int sum) {
if(sum > target) {
return;
}
if(sum == target) {
res.add(new ArrayList<>(path));
return;
}
for(int i = startIndex; i < candidates.length; i++) {
sum += candidates[i];
path.add(candidates[i]);
backtracking(res, path, candidates, target, i, sum);
sum -= candidates[i];
path.remove(path.size() - 1);
}
}
}

剪枝优化

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/*
if(sum > target) {
return;
}
*/

for(int i = startIndex; i < candidates.length && sum + candidates[i] <= target; i++) {
sum += candidates[i];
path.add(candidates[i]);
backtracking(res, path, candidates, target, i, sum);
sum -= candidates[i];
path.remove(path.size() - 1);
}

6. 40. 组合总和 II 排序树层去重

问题

给定一个候选人编号的集合 candidates 和一个目标数 target ,找出 candidates 中所有可以使数字和为 target 的组合。

candidates 中的每个数字在每个组合中只能使用 一次 。

注意:解集不能包含重复的组合。

示例1:

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输入: candidates = [10,1,2,7,6,1,5], target = 8,
输出:
[
[1,1,6],
[1,2,5],
[1,7],
[2,6]
]

示例2:

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输入: candidates = [2,5,2,1,2], target = 5,
输出:
[
[1,2,2],
[5]
]

代码

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class Solution {
public List<List<Integer>> combinationSum2(int[] candidates, int target) {
List<List<Integer>> res = new ArrayList<>();
Arrays.sort(candidates);
backtracking(candidates, target, res, new ArrayList<Integer>(), 0, new boolean[candidates.length], 0);
return res;
}

private void backtracking(int[] candidates, int target, List<List<Integer>> res, List<Integer> path, int startIndex, boolean[] used, int sum) {
if(sum > target) {
return;
}
if(sum == target) {
res.add(new ArrayList<>(path));
return;
}
for(int i = startIndex; i < candidates.length; i++) {
if(i > 0 && candidates[i] == candidates[i - 1] && used[i - 1] == false) {
continue;
}
path.add(candidates[i]);
used[i] = true;
backtracking(candidates, target, res, path, i + 1, used, sum + candidates[i]);
path.remove(path.size() - 1);
used[i] = false;
}
}
}

剪枝优化

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/*
if(sum > target) {
return;
}
*/
for(int i = startIndex; i < candidates.length && sum + candidates[i] <= target; i++) {

}

另一种代码

使用 i > startIndex 巧妙 设计 成 深度 可重复 数字, 横向 不允许 重复数字

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class Solution {
public List<List<Integer>> combinationSum2(int[] candidates, int target) {
List<List<Integer>> res = new ArrayList<>();
Arrays.sort(candidates);
backtracking(candidates, target, res, new ArrayList<Integer>(), 0, 0);
return res;
}

private void backtracking(int[] candidates, int target, List<List<Integer>> res, List<Integer> path, int startIndex, int sum) {
if(sum == target) {
res.add(new ArrayList<>(path));
return;
}
for(int i = startIndex; i < candidates.length && sum + candidates[i] <= target; i++) {
if(i > startIndex && candidates[i] == candidates[i - 1]) {
continue;
}
path.add(candidates[i]);
backtracking(candidates, target, res, path, i + 1, sum + candidates[i]);
path.remove(path.size() - 1);
}
}
}

7. 131. 分割回文串 判断剪枝

问题

给你一个字符串 s,请你将 s 分割成一些子串,使每个子串都是 回文串 。返回 s 所有可能的分割方案。

回文串 是正着读和反着读都一样的字符串。

示例1:

1
2
输入:s = "aab"
输出:[["a","a","b"],["aa","b"]]

示例2:

1
2
输入:s = "a"
输出:[["a"]]

提示:

  • 1 <= s.length <= 16
  • s 仅由小写英文字母组成

代码

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class Solution {
public List<List<String>> partition(String s) {
List<List<String>> res = new ArrayList<>();
backtracking(res, new ArrayList<String>(), s, 0);
return res;
}

private void backtracking(List<List<String>> res, List<String> path, String s, int startIndex) {
if(startIndex == s.length()) {
res.add(new ArrayList<>(path));
return;
}
for(int i = startIndex; i < s.length(); i++) {
if(isPartition(s, startIndex, i)) {
String substring = s.substring(startIndex, i + 1);
path.add(substring);
} else {
continue;
}
backtracking(res, path, s, i + 1);
path.remove(path.size() - 1);
}
}

private boolean isPartition(String s, int start, int end) {
for(int i = start,j = end; i < j; i++, j--) {
if(s.charAt(i) != s.charAt(j)) {
return false;
}
}
return true;
}

}

8. 93. 复原 IP 地址 for循环和判断剪枝

问题

有效 IP 地址 正好由四个整数(每个整数位于 0 到 255 之间组成,且不能含有前导 0),整数之间用 ‘.’ 分隔。

例如:”0.1.2.201” 和 “192.168.1.1” 是 有效 IP 地址,但是 “0.011.255.245”、”192.168.1.312” 和 “192.168@1.1“ 是 无效 IP 地址。
给定一个只包含数字的字符串 s ,用以表示一个 IP 地址,返回所有可能的有效 IP 地址,这些地址可以通过在 s 中插入 ‘.’ 来形成。你 不能 重新排序或删除 s 中的任何数字。你可以按 任何 顺序返回答案。

示例1:

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2
输入:s = "25525511135"
输出:["255.255.11.135","255.255.111.35"]

示例2:

1
2
输入:s = "0000"
输出:["0.0.0.0"]

示例3:

1
2
输入:s = "101023"
输出:["1.0.10.23","1.0.102.3","10.1.0.23","10.10.2.3","101.0.2.3"]

代码

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class Solution {
public List<String> restoreIpAddresses(String s) {
List<String> res = new ArrayList<>();
backtracking(res, new StringBuilder(), s, 0, 0);
return res;
}

private void backtracking(List<String> res, StringBuilder substring, String s, int startIndex, int pointCount) {
if(startIndex == s.length() && pointCount == 4) {
String withPointString = substring.toString();
res.add(withPointString.substring(0, withPointString.length() - 1));
return;
}
// 直接 在 for 循环 剪枝 长度 大于 3 或者 点数 大于等于 4 位的(等于4 位 已经在 前面 判断了)
for(int i = startIndex; i < s.length() && pointCount < 4 && i - startIndex < 3; i++) {
if((i > startIndex && s.charAt(startIndex) == '0')) {
continue;
}

String str = s.substring(startIndex, i + 1);
if(Integer.parseInt(str) >= 0 && Integer.parseInt(str) <= 255) {
substring.append(str).append(".");
} else {
continue;
}
backtracking(res, substring, s, i + 1, pointCount + 1);
substring.deleteCharAt(substring.lastIndexOf("."));
substring.delete(substring.lastIndexOf(".") + 1, substring.length());
}
}

}

9. 78. 子集 不剪枝

问题

给你一个整数数组 nums ,数组中的元素 互不相同 。返回该数组所有可能的子集(幂集)。

解集 不能 包含重复的子集。你可以按 任意顺序 返回解集。

示例1:

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输入:nums = [1,2,3]
输出:[[],[1],[2],[1,2],[3],[1,3],[2,3],[1,2,3]]

示例2:

1
2
输入:nums = [0]
输出:[[],[0]]

提示:

  • 1 <= nums.length <= 10
  • -10 <= nums[i] <= 10
  • nums 中的所有元素 互不相同

代码

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class Solution {
public List<List<Integer>> subsets(int[] nums) {
List<List<Integer>> res = new ArrayList<>();
backtracking(res, new ArrayList<Integer>(), nums, 0);
return res;
}

private void backtracking(List<List<Integer>> res, List<Integer> path ,int[] nums, int startIndex) {
res.add(new ArrayList<>(path));
if(startIndex == nums.length) {
return;
}
for(int i = startIndex; i < nums.length; i++) {
path.add(nums[i]);
backtracking(res, path, nums, i + 1);
path.remove(path.size() - 1);
}
}
}

模板

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result.push_back(path); // 收集子集,要放在终止添加的上面,否则会漏掉自己
if (startIndex >= nums.size()) { // 终止条件可以不加
return;
}

10. 90. 子集 II 排序树层去重

问题

给你一个整数数组 nums ,其中可能包含重复元素,请你返回该数组所有可能的子集(幂集)。

解集 不能 包含重复的子集。返回的解集中,子集可以按 任意顺序 排列。

示例1:

1
2
输入:nums = [1,2,2]
输出:[[],[1],[1,2],[1,2,2],[2],[2,2]]

示例2:

1
2
输入:nums = [0]
输出:[[],[0]]

提示

  • 1 <= nums.length <= 10
  • -10 <= nums[i] <= 10

代码

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class Solution {
public List<List<Integer>> subsetsWithDup(int[] nums) {
Arrays.sort(nums);
List<List<Integer>> res = new ArrayList<>();
backtracking(res, new ArrayList<Integer>(), nums, 0);
return res;
}

private void backtracking(List<List<Integer>> res, List<Integer> path, int[] nums, int startIndex) {
res.add(new ArrayList<>(path));
if(startIndex == nums.length) {
return;
}
for(int i = startIndex; i < nums.length; i++) {
// 去重 条件 只对 广度 有效,也就是 对不同 子集去重
if(i > startIndex && nums[i] == nums[i - 1]) {
continue;
}
path.add(nums[i]);
backtracking(res, path, nums, i + 1);
path.remove(path.size() - 1);
}
}
}

11. 491. 递增子序列 非排序树层去重

问题

给你一个整数数组 nums ,找出并返回所有该数组中不同的递增子序列,递增子序列中 至少有两个元素 。你可以按 任意顺序 返回答案。

数组中可能含有重复元素,如出现两个整数相等,也可以视作递增序列的一种特殊情况。

示例1:

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输入:nums = [4,6,7,7]
输出:[[4,6],[4,6,7],[4,6,7,7],[4,7],[4,7,7],[6,7],[6,7,7],[7,7]]

示例2:

1
2
输入:nums = [4,4,3,2,1]
输出:[[4,4]]

提示

  • 1 <= nums.length <= 15
  • -100 <= nums[i] <= 100

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class Solution {
public List<List<Integer>> findSubsequences(int[] nums) {
List<List<Integer>> res = new ArrayList<>();
backtracking(res, new ArrayList<Integer>(), nums, 0);
return res;
}

private void backtracking(List<List<Integer>> res, List<Integer> path, int[] nums, int startIndex) {
if (path.size() > 1) {
res.add(new ArrayList<>(path));
// 注意这里不要加return,要取树上所有的节点
}
// 生命周期 存活在 递归函数中,所以对 同一层有效
Set<Integer> uset = new HashSet<>();
for(int i = startIndex; i < nums.length; i++) {
// 当 path 有值 时,判断 当前 i 所在下标的 值 是否 小于 path 有序列表最后 一个元素 或者 同一层出现 重复元素
if(path.size() > 0 && nums[i] < path.get(path.size() - 1) || !uset.add(nums[i])) {
continue;
}
//uset.add(nums[i]);
path.add(nums[i]);
backtracking(res, path, nums, i + 1);
path.remove(path.size() - 1);
}
}
}

12. 46. 全排列 树枝去重

问题

给定一个不含重复数字的数组 nums ,返回其 所有可能的全排列 。你可以 按任意顺序 返回答案。

示例1:

1
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输入:nums = [1,2,3]
输出:[[1,2,3],[1,3,2],[2,1,3],[2,3,1],[3,1,2],[3,2,1]]

示例2:

1
2
输入:nums = [0,1]
输出:[[0,1],[1,0]]

示例3:

1
2
输入:nums = [1]
输出:[[1]]

提示:

  • 1 <= nums.length <= 6
  • -10 <= nums[i] <= 10
  • nums 中的所有整数 互不相同

代码

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class Solution {
public List<List<Integer>> permute(int[] nums) {
List<List<Integer>> res = new ArrayList<>();
backtracking(res, new ArrayList<Integer>(), nums, new boolean[nums.length]);
return res;
}

private void backtracking(List<List<Integer>> res, List<Integer> path, int[] nums, boolean[] used) {
// 全排列,每个元素只能用一次并且全部要用到
if(path.size() == nums.length) {
res.add(new ArrayList<>(path));
return;
}
for(int i = 0; i < nums.length; i++) {
// 递归(纵向遍历)不能出现重复,一个元素只能用一次
if(used[i]) continue;
path.add(nums[i]);
used[i] = true;
backtracking(res, path, nums, used);
path.remove(path.size() - 1);
used[i] = false;
}
}
}

13. 47. 全排列 II 树枝和树层去重

问题

给定一个可包含重复数字的序列 nums按任意顺序 返回所有不重复的全排列。

示例1:

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输入:nums = [1,1,2]
输出:
[[1,1,2],
[1,2,1],
[2,1,1]]

示例2:

1
2
输入:nums = [1,2,3]
输出:[[1,2,3],[1,3,2],[2,1,3],[2,3,1],[3,1,2],[3,2,1]]

提示:

  • 1 <= nums.length <= 8
  • -10 <= nums[i] <= 10

代码

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class Solution {
public List<List<Integer>> permuteUnique(int[] nums) {
List<List<Integer>> res = new ArrayList<>();
backtracking(res, new ArrayList<Integer>(), nums, new boolean[nums.length]);
return res;
}

private void backtracking(List<List<Integer>> res, List<Integer> path, int[] nums, boolean[] used) {
if(path.size() == nums.length) {
res.add(new ArrayList<>(path));
return;
}
Set<Integer> uset = new HashSet<>();
for(int i = 0; i < nums.length; i++) {
// 纵向 遍历 同一个下标元素 重复,跳过
// 否则 横向 遍历 到 重复元素(不同下标),跳过
if(used[i] || !uset.add(nums[i]))
continue;
path.add(nums[i]);
used[i] = true;
backtracking(res, path, nums, used);
path.remove(path.size() - 1);
used[i] = false;
}
}
}

14. 404. 左叶子之和

问题

给定二叉树的根节点 root ,返回所有左叶子之和。

示例1:

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3
输入: root = [3,9,20,null,null,15,7] 
输出: 24
解释: 在这个二叉树中,有两个左叶子,分别是 915,所以返回 24

示例2:

1
2
输入: root = [1]
输出: 0

提示:

  • 节点数在 [1, 1000] 范围内
  • -1000 <= Node.val <= 1000

代码

  • 后序遍历递归法
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// 后序遍历递归
class Solution {
public int sumOfLeftLeaves(TreeNode root) {
if(root == null) {
return 0;
}
return sumRecurision(root);
}
private int sumRecurision(TreeNode node) {
// 终止条件,叶子节点或空节点
if(node == null || node.left == null && node.right == null) return 0;
int sumLeft = sumRecurision(node.left);
int sumRight = sumRecurision(node.right);
// 存在节点 的左叶子节点
if(node.left != null && node.left.left == null && node.left.right == null) {
return node.left.val + sumLeft + sumRight;
}
return sumLeft + sumRight;
}
}
  • 前序迭代法
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class Solution {
public int sumOfLeftLeaves(TreeNode root) {
if(root == null) {
return 0;
}
Stack<TreeNode> stack = new Stack<>();
stack.push(root);
int sum = 0;
while(!stack.empty()) {
TreeNode node = stack.pop();
if(node.left != null && node.left.left == null && node.left.right == null) {
sum += node.left.val;
}
if(node.left != null) stack.push(node.left);
if(node.right != null) stack.push(node.right);
}
return sum;
}
}

15. 513. 找树左下角的值

问题

给定一个二叉树的 根节点 root,请找出该二叉树的 最底层 最左边 节点的值。

假设二叉树中至少有一个节点。

示例1:

1
2
输入: root = [2,1,3]
输出: 1

示例2:

1
2
输入: [1,2,3,4,null,5,6,null,null,7]
输出: 7

提示:

  • 二叉树的节点个数的范围是 [1,104]
  • -231 <= Node.val <= 231 - 1

代码

  • 类层序遍历迭代法
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class Solution {
public int findBottomLeftValue(TreeNode root) {
Queue<TreeNode> queue = new LinkedList<>();
queue.offer(root);
TreeNode res = root;
while(!queue.isEmpty()) {
TreeNode node = queue.poll();
if(node == null) {
continue;
}
res = node;
queue.offer(node.right);
queue.offer(node.left);
}
return res.val;
}
}
  • 前序遍历递归法
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class Solution {
TreeNode res = null;
int max = 0;
public int findBottomLeftValue(TreeNode root) {
res = root;
// 因为 这里已经说了,根节点 不为空了
reversivion(root, 1);
return res.val;
}
private void reversivion(TreeNode node, int depth) {
if(node == null) {
return;
}
if(node != null && max < depth) {
max = depth;
res = node;
}
reversivion(node.left, depth + 1);
reversivion(node.right, depth + 1);
}
}