兩種遞迴形式及時空複雜度分析

2021-10-25 15:20:26 字數 3215 閱讀 6743

以二叉樹為例說明遞迴,並用二叉樹的最大深度為例說明兩種遞迴方式的區別。

1、自底向上的遞迴

(1)這種遞迴方式類似於"二叉樹的後序遍歷"。

(2)在每個遞迴層次上,我們首先對所有子節點遞迴地呼叫函式,然後根據返回值和根節點本身的值得到答案。

(3)「自底向上」 的遞迴函式bottom_up(root)為如下所示:

return specific value for null node

left_ans =

bottom_up

(root.left)

// call function recursively for left child

right_ans =

bottom_up

(root.right)

// call function recursively for right child

return answers // answer

(4)二叉樹的最大深度:

分析:對於樹的單個節點,以節點自身為根的子樹的最大深度x是多少?我們知道乙個根節點,以其左子節點為根的最大深度為l和以其右子節點為根的最大深度為r,然後選擇它們之間的最大值,再加上1來獲得根節點所在的子樹的最大深度。 那就是x = max(l,r)+ 1。圖示:(從葉子節點開始,從下往上)

**:

// 自底向上的遞迴

intmaxdepth

(treenode* root)

2、自頂向下的遞迴

(1)「自頂向下」 意味著在每個遞迴層級,我們將首先訪問節點來計算一些值,並在遞迴呼叫函式時將這些值傳遞到子節點

(2) 「自頂向下」 的解決方案可以被認為是一種前序遍歷

(3)遞迴函式 top_down(root, params) 的原理是這樣的:

return specific value for null node

update the answer if needed // answer

left_ans =

top_down

(root.left, left_params)

// left_params

right_ans =

top_down

(root.right, right_params)

// right_params

return the answer if needed // answer

(4)二叉樹的最大深度:

分析:我們知道根節點的深度是1。 對於每個節點,如果我們知道某節點的深度,那我們將知道它子節點的深度。 因此,在呼叫遞迴函式的時候,將節點的深度傳遞為乙個引數,那麼所有的節點都知道它們自身的深度。 而對於葉節點,我們可以通過更新深度從而獲取最終答案。

圖示:(從根節點出發,向下遞迴,每次走到葉子節點的時候更新答案)

**

class

solution

void

maxdepth

(treenode* root,

int depth)

maxdepth

(root-

>left,depth+1)

;maxdepth

(root-

>right,depth+1);}}

3、時間和空間複雜度
(路徑總和):給你二叉樹的根節點 root 和乙個表示目標和的整數 targetsum ,判斷該樹中是否存在 根節點到葉子節點 的路徑,這條路徑上所有節點值相加等於目標和 targetsum 。
bool

haspathsum

(treenode* root,

int targetsum)

(1) 時間複雜度

子問題的個數乘以解決乙個子問題所需要的時間。(子問題的個數就是遞迴樹中節點的總數)。

時間複雜度:o(n),其中 n 是樹的節點數。
(2)空間複雜度

空間複雜度主要取決於遞迴時棧空間的開銷,最壞情況下,樹呈現鏈狀,空間複雜度為 o(n)。平均情況下樹的高度與節點數的對數正相關,空間複雜度為 o(logn)。

空間複雜度:o(h),其中 h 是樹的高度。
4、主定理

(1)主定理主要是用分治方法帶來的遞迴表示式的漸近複雜度分析。

(2)描述:規模為n的問題通過分治,得到a個規模為n/b的問題,每次遞迴帶來的額外計算為o(nd),d=logba。

則:t(n) = o(log(n)*nd) ,if a = bd(1)

t(n) = o(nd), if a < bd(2)

t(n) = o(n^logba), if a > bd(3)

例如:

(bst的搜尋):給定二叉搜尋樹(bst)的根節點和乙個值。 你需要在bst中找到節點值等於給定值的節點。 返回以該節點為根的子樹。 如果節點不存在,則返回 null。
// 遞迴

treenode searchbst

(treenode* root,

int val)

(1)時間複雜度

在二叉搜尋中,每次分解後只有乙個子問題 a = 1,其規模為初始問題的一半 b = 2,每次分解花費恆定時間o(1),因此d=0。則根據(1)式得log(n).

時間複雜度:o(h),其中 h 是樹高。平均時間複雜度為o(logn),最壞時間複雜度為 o(n)。

(2)空間複雜度

空間複雜度:o(h),遞迴棧的深度為 h。平均情況下深度為o(logn),最壞情況下深度為o(n)。

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