统计二叉树中的伪回文路径 : 用位运用来加速？？

news2024/10/5 17:16:42

题目描述

这是 LeetCode 上的 「1457. 二叉树中的伪回文路径」 ，难度为 「中等」。

Tag : 「DFS」、「位运算」

给你一棵二叉树，每个节点的值为 1 到 9 。

我们称二叉树中的一条路径是「伪回文」的，当它满足：路径经过的所有节点值的排列中，存在一个回文序列。

请你返回从根到叶子节点的所有路径中伪回文路径的数目。

示例 1： alt

输入：root = [2,3,1,3,1,null,1]

输出：2 

解释：上图为给定的二叉树。总共有 3 条从根到叶子的路径：红色路径 [2,3,3] ，绿色路径 [2,1,1] 和路径 [2,3,1] 。
     在这些路径中，只有红色和绿色的路径是伪回文路径，因为红色路径 [2,3,3] 存在回文排列 [3,2,3] ，绿色路径 [2,1,1] 存在回文排列 [1,2,1] 。

示例 2： alt

输入：root = [2,1,1,1,3,null,null,null,null,null,1]

输出：1 

解释：上图为给定二叉树。总共有 3 条从根到叶子的路径：绿色路径 [2,1,1] ，路径 [2,1,3,1] 和路径 [2,1] 。
     这些路径中只有绿色路径是伪回文路径，因为 [2,1,1] 存在回文排列 [1,2,1] 。

示例 3：

输入：root = [9]

输出：1

提示：

给定二叉树的节点数目在范围内

DFS + 位运算

“伪回文”是指能够通过重新排列变成“真回文”，真正的回文串只有两种情况：

长度为偶数，即出现次数为奇数的字符个数为个
长度为奇数，即出现次数为奇数的字符个数为个（位于中间）

因此，「我们只关心路径中各个字符（数字 0-9）出现次数的奇偶性，若路径中所有字符出现次数均为偶数，或仅有一个字符出现次数为奇数，那么该路径满足要求」。

节点值范围为，除了使用固定大小的数组进行词频统计以外，还可以使用一个 int 类型的变量 cnt 来统计各数值的出现次数奇偶性：若的第位为，说明数值的出现次数为奇数，否则说明数值出现次数为偶数或没出现过，两者是等价的。

例如代表数值和数值出现次数为奇数次，其余数值没出现过或出现次数为偶数次。

翻转一个二进制数字中的某一位可使用「异或」操作，具体操作位 cnt ^= 1 << k。

判断是否最多只有一个字符出现奇数次的操作，也就是判断一个二进制数字是为全为或仅有一位，可配合 lowbit 来做，若 cnt 与 lowbit(cnt) = cnt & -cnt 相等，说明满足要求。

考虑到对 lowbit(x) = x & -x 不熟悉的同学，这里再做简单介绍：*lowbit(x) 表示 x 的二进制表示中最低位的所在的位置对应的值*，即仅保留从最低位起的第一个，其余位均以填充：

x = 6，其二进制表示为，那么
x = 12，其二进制表示为，那么

Java 代码：

class Solution {
    int ans = 0;
    public int pseudoPalindromicPaths (TreeNode root) {
        dfs(root, 0);
        return ans;
    }
    void dfs(TreeNode root, int cnt) {
        if (root.left == null && root.right == null) {
            cnt ^= 1 << root.val;
            if (cnt == (cnt & -cnt)) ans++;
            return ;
        }
        if (root.left != null) dfs(root.left, cnt ^ (1 << root.val));
        if (root.right != null) dfs(root.right, cnt ^ (1 << root.val));
    }
}

C++ 代码：

class Solution {
public:
    int ans;
    int pseudoPalindromicPaths(TreeNode* root) {
        dfs(root, 0);
        return ans;
    }
    void dfs(TreeNode* root, int cnt) {
        if (!root->left && !root->right) {
            cnt ^= 1 << root->val;
            if (cnt == (cnt & -cnt)) ans++;
            return;
        }
        if (root->left) dfs(root->left, cnt ^ (1 << root->val));
        if (root->right) dfs(root->right, cnt ^ (1 << root->val));
    }
};

Python 代码：

class Solution:
    def pseudoPalindromicPaths (self, root: Optional[TreeNode]) -> int:
        ans = 0
        def dfs(root, cnt):
            nonlocal ans
            if not root.left and not root.right:
                cnt ^= 1 << root.val
                ans += 1 if cnt == (cnt & -cnt) else 0
                return 
            if root.left:
                dfs(root.left, cnt ^ (1 << root.val))
            if root.right:
                dfs(root.right, cnt ^ (1 << root.val))
        dfs(root, 0)
        return ans

TypeScript 代码：

function pseudoPalindromicPaths (root: TreeNode | null): number {
    let ans = 0;
    const dfs = function (root: TreeNode, cnt: number): void {
        if (root.left == null && root.right == null) {
            cnt ^= 1 << root.val;
            if (cnt == (cnt & -cnt)) ans++;
            return ;
        }
        if (root.left) dfs(root.left, cnt ^ (1 << root.val));
        if (root.right) dfs(root.right, cnt ^ (1 << root.val));
    }
    dfs(root, 0);
    return ans;
};