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# 654.最大二叉树
[力扣题目地址](https://leetcode-cn.com/problems/maximum-binary-tree/)
给定一个不含重复元素的整数数组。一个以此数组构建的最大二叉树定义如下：
* 二叉树的根是数组中的最大元素。
* 左子树是通过数组中最大值左边部分构造出的最大二叉树。
* 右子树是通过数组中最大值右边部分构造出的最大二叉树。
通过给定的数组构建最大二叉树，并且输出这个树的根节点。
示例 ：
提示：
给定的数组的大小在 [1, 1000] 之间。
# 思路
最大二叉树的构建过程如下：
构造树一般采用的是前序遍历，因为先构造中间节点，然后递归构造左子树和右子树。
* 确定递归函数的参数和返回值
参数就是传入的是存放元素的数组，返回该数组构造的二叉树的头结点，返回类型是指向节点的指针。
代码如下：
```CPP
TreeNode* constructMaximumBinaryTree(vector& nums)
```
* 确定终止条件
题目中说了输入的数组大小一定是大于等于1的，所以我们不用考虑小于1的情况，那么当递归遍历的时候，如果传入的数组大小为1，说明遍历到了叶子节点了。
那么应该定义一个新的节点，并把这个数组的数值赋给新的节点，然后返回这个节点。 这表示一个数组大小是1的时候，构造了一个新的节点，并返回。
代码如下：
```CPP
TreeNode* node = new TreeNode(0);
if (nums.size() == 1) {
node->val = nums[0];
return node;
}
```
* 确定单层递归的逻辑
这里有三步工作
1. 先要找到数组中最大的值和对应的下标， 最大的值构造根节点，下标用来下一步分割数组。
代码如下：
```CPP
int maxValue = 0;
int maxValueIndex = 0;
for (int i = 0; i < nums.size(); i++) {
if (nums[i] > maxValue) {
maxValue = nums[i];
maxValueIndex = i;
}
}
TreeNode* node = new TreeNode(0);
node->val = maxValue;
```
2. 最大值所在的下标左区间 构造左子树
这里要判断maxValueIndex > 0，因为要保证左区间至少有一个数值。
代码如下：
```CPP
if (maxValueIndex > 0) {
vector newVec(nums.begin(), nums.begin() + maxValueIndex);
node->left = constructMaximumBinaryTree(newVec);
}
```
3. 最大值所在的下标右区间 构造右子树
判断maxValueIndex < (nums.size() - 1)，确保右区间至少有一个数值。
代码如下：
```CPP
if (maxValueIndex < (nums.size() - 1)) {
vector newVec(nums.begin() + maxValueIndex + 1, nums.end());
node->right = constructMaximumBinaryTree(newVec);
}
```
这样我们就分析完了，整体代码如下：（详细注释）
```CPP
class Solution {
public:
TreeNode* constructMaximumBinaryTree(vector& nums) {
TreeNode* node = new TreeNode(0);
if (nums.size() == 1) {
node->val = nums[0];
return node;
}
// 找到数组中最大的值和对应的下标
int maxValue = 0;
int maxValueIndex = 0;
for (int i = 0; i < nums.size(); i++) {
if (nums[i] > maxValue) {
maxValue = nums[i];
maxValueIndex = i;
}
}
node->val = maxValue;
// 最大值所在的下标左区间 构造左子树
if (maxValueIndex > 0) {
vector newVec(nums.begin(), nums.begin() + maxValueIndex);
node->left = constructMaximumBinaryTree(newVec);
}
// 最大值所在的下标右区间 构造右子树
if (maxValueIndex < (nums.size() - 1)) {
vector newVec(nums.begin() + maxValueIndex + 1, nums.end());
node->right = constructMaximumBinaryTree(newVec);
}
return node;
}
};
```
以上代码比较冗余，效率也不高，每次还要切割的时候每次都要定义新的vector（也就是数组），但逻辑比较清晰。
和文章[二叉树：构造二叉树登场！](https://programmercarl.com/0106.从中序与后序遍历序列构造二叉树.html)中一样的优化思路，就是每次分隔不用定义新的数组，而是通过下标索引直接在原数组上操作。
优化后代码如下：
```CPP
class Solution {
private:
// 在左闭右开区间[left, right)，构造二叉树
TreeNode* traversal(vector& nums, int left, int right) {
if (left >= right) return nullptr;
// 分割点下标：maxValueIndex
int maxValueIndex = left;
for (int i = left + 1; i < right; ++i) {
if (nums[i] > nums[maxValueIndex]) maxValueIndex = i;
}
TreeNode* root = new TreeNode(nums[maxValueIndex]);
// 左闭右开：[left, maxValueIndex)
root->left = traversal(nums, left, maxValueIndex);
// 左闭右开：[maxValueIndex + 1, right)
root->right = traversal(nums, maxValueIndex + 1, right);
return root;
}
public:
TreeNode* constructMaximumBinaryTree(vector& nums) {
return traversal(nums, 0, nums.size());
}
};
```
# 拓展
可以发现上面的代码看上去简洁一些，**主要是因为第二版其实是允许空节点进入递归，所以不用在递归的时候加判断节点是否为空**
第一版递归过程：（加了if判断，为了不让空节点进入递归）
```CPP
if (maxValueIndex > 0) { // 这里加了判断是为了不让空节点进入递归
vector newVec(nums.begin(), nums.begin() + maxValueIndex);
node->left = constructMaximumBinaryTree(newVec);
}
if (maxValueIndex < (nums.size() - 1)) { // 这里加了判断是为了不让空节点进入递归
vector newVec(nums.begin() + maxValueIndex + 1, nums.end());
node->right = constructMaximumBinaryTree(newVec);
}
```
第二版递归过程： （如下代码就没有加if判断）
```
root->left = traversal(nums, left, maxValueIndex);
root->right = traversal(nums, maxValueIndex + 1, right);
```
第二版代码是允许空节点进入递归，所以没有加if判断，当然终止条件也要有相应的改变。
第一版终止条件，是遇到叶子节点就终止，因为空节点不会进入递归。
第二版相应的终止条件，是遇到空节点，也就是数组区间为0，就终止了。
# 总结
这道题目其实和 [二叉树：构造二叉树登场！](https://programmercarl.com/0106.从中序与后序遍历序列构造二叉树.html) 是一个思路，比[二叉树：构造二叉树登场！](https://programmercarl.com/0106.从中序与后序遍历序列构造二叉树.html) 还简单一些。
**注意类似用数组构造二叉树的题目，每次分隔尽量不要定义新的数组，而是通过下标索引直接在原数组上操作，这样可以节约时间和空间上的开销。**
一些同学也会疑惑，什么时候递归函数前面加if，什么时候不加if，这个问题我在最后也给出了解释。
其实就是不同代码风格的实现，**一般情况来说：如果让空节点（空指针）进入递归，就不加if，如果不让空节点进入递归，就加if限制一下， 终止条件也会相应的调整。**
# 其他语言版本
## Java
```Java
class Solution {
public TreeNode constructMaximumBinaryTree(int[] nums) {
return constructMaximumBinaryTree1(nums, 0, nums.length);
}
public TreeNode constructMaximumBinaryTree1(int[] nums, int leftIndex, int rightIndex) {
if (rightIndex - leftIndex < 1) {// 没有元素了
return null;
}
if (rightIndex - leftIndex == 1) {// 只有一个元素
return new TreeNode(nums[leftIndex]);
}
int maxIndex = leftIndex;// 最大值所在位置
int maxVal = nums[maxIndex];// 最大值
for (int i = leftIndex + 1; i < rightIndex; i++) {
if (nums[i] > maxVal){
maxVal = nums[i];
maxIndex = i;
}
}
TreeNode root = new TreeNode(maxVal);
// 根据maxIndex划分左右子树
root.left = constructMaximumBinaryTree1(nums, leftIndex, maxIndex);
root.right = constructMaximumBinaryTree1(nums, maxIndex + 1, rightIndex);
return root;
}
}
```
## Python
```python
class Solution:
"""递归法 更快"""
def constructMaximumBinaryTree(self, nums: List[int]) -> TreeNode:
if not nums:
return None
maxvalue = max(nums)
index = nums.index(maxvalue)
root = TreeNode(maxvalue)
left = nums[:index]
right = nums[index + 1:]
root.left = self.constructMaximumBinaryTree(left)
root.right = self.constructMaximumBinaryTree(right)
return root
class Solution:
"""最大二叉树 递归法"""
def constructMaximumBinaryTree(self, nums: List[int]) -> TreeNode:
return self.traversal(nums, 0, len(nums))
def traversal(self, nums: List[int], begin: int, end: int) -> TreeNode:
# 列表长度为0时返回空节点
if begin == end:
return None
# 找到最大的值和其对应的下标
max_index = begin
for i in range(begin, end):
if nums[i] > nums[max_index]:
max_index = i
# 构建当前节点
root = TreeNode(nums[max_index])
# 递归构建左右子树
root.left = self.traversal(nums, begin, max_index)
root.right = self.traversal(nums, max_index + 1, end)
return root
```
## Go
```go
/**
* Definition for a binary tree node.
* type TreeNode struct {
* Val int
* Left *TreeNode
* Right *TreeNode
* }
*/
func constructMaximumBinaryTree(nums []int) *TreeNode {
if len(nums)<1{return nil}
//首选找到最大值
index:=findMax(nums)
//其次构造二叉树
root:=&TreeNode{
Val: nums[index],
Left:constructMaximumBinaryTree(nums[:index]),//左半边
Right:constructMaximumBinaryTree(nums[index+1:]),//右半边
}
return root
}
func findMax(nums []int) (index int){
for i:=0;inums[index]{
index=i
}
}
return
}
```
## JavaScript
```javascript
/**
* Definition for a binary tree node.
* function TreeNode(val, left, right) {
* this.val = (val===undefined ? 0 : val)
* this.left = (left===undefined ? null : left)
* this.right = (right===undefined ? null : right)
* }
*/
/**
* @param {number[]} nums
* @return {TreeNode}
*/
var constructMaximumBinaryTree = function (nums) {
const BuildTree = (arr, left, right) => {
if (left > right)
return null;
let maxValue = -1;
let maxIndex = -1;
for (let i = left; i <= right; ++i) {
if (arr[i] > maxValue) {
maxValue = arr[i];
maxIndex = i;
}
}
let root = new TreeNode(maxValue);
root.left = BuildTree(arr, left, maxIndex - 1);
root.right = BuildTree(arr, maxIndex + 1, right);
return root;
}
let root = BuildTree(nums, 0, nums.length - 1);
return root;
};
```
## TypeScript
> 新建数组法：
```typescript
function constructMaximumBinaryTree(nums: number[]): TreeNode | null {
if (nums.length === 0) return null;
let maxIndex: number = 0;
let maxVal: number = nums[0];
for (let i = 1, length = nums.length; i < length; i++) {
if (nums[i] > maxVal) {
maxIndex = i;
maxVal = nums[i];
}
}
const rootNode: TreeNode = new TreeNode(maxVal);
rootNode.left = constructMaximumBinaryTree(nums.slice(0, maxIndex));
rootNode.right = constructMaximumBinaryTree(nums.slice(maxIndex + 1));
return rootNode;
};
```
> 使用数组索引法：
```typescript
function constructMaximumBinaryTree(nums: number[]): TreeNode | null {
// 左闭右开区间[begin, end)
function recur(nums: number[], begin: number, end: number): TreeNode | null {
if (begin === end) return null;
let maxIndex: number = begin;
let maxVal: number = nums[begin];
for (let i = begin + 1; i < end; i++) {
if (nums[i] > maxVal) {
maxIndex = i;
maxVal = nums[i];
}
}
const rootNode: TreeNode = new TreeNode(maxVal);
rootNode.left = recur(nums, begin, maxIndex);
rootNode.right = recur(nums, maxIndex + 1, end);
return rootNode;
}
return recur(nums, 0, nums.length);
};
```
## C
```c
struct TreeNode* traversal(int* nums, int left, int right) {
//若左边界大于右边界，返回NULL
if(left >= right)
return NULL;
//找出数组中最大数坐标
int maxIndex = left;
int i;
for(i = left + 1; i < right; i++) {
if(nums[i] > nums[maxIndex])
maxIndex = i;
}
//开辟结点
struct TreeNode* node = (struct TreeNode*)malloc(sizeof(struct TreeNode));
//将结点的值设为最大数组数组元素
node->val = nums[maxIndex];
//递归定义左孩子结点和右孩子结点
node->left = traversal(nums, left, maxIndex);
node->right = traversal(nums, maxIndex + 1, right);
return node;
}
struct TreeNode* constructMaximumBinaryTree(int* nums, int numsSize){
return traversal(nums, 0, numsSize);
}
```
## Swift
```swift
func constructMaximumBinaryTree(_ nums: inout [Int]) -> TreeNode? {
return traversal(&nums, 0, nums.count)
}
func traversal(_ nums: inout [Int], _ left: Int, _ right: Int) -> TreeNode? {
if left >= right {
return nil
}
var maxValueIndex = left
for i in (left + 1).. nums[maxValueIndex] {
maxValueIndex = i
}
}
let root = TreeNode(nums[maxValueIndex])
root.left = traversal(&nums, left, maxValueIndex)
root.right = traversal(&nums, maxValueIndex + 1, right)
return root
}
```
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