二叉树的宽度问题

思路：

刚开始理解错了题目：以为求每一层的节点个数，然后求最大值。

于是有了：所有层中的最大节点数（声明了一个class包含了每个节点的层数，然后用Deque 模拟队列进行一次层次遍历，每次插入新的节点时，将父节点的layer+1赋值给子节点，然后将当前层的节点数+1，这里用了一个数组layers记录（长度我没有算，后面其实可以计算二叉树的深度O(logn)，定义数组长度），最后可以遍历数组layers,找最大值）

class Solution {
        class NodeLayer{
            TreeNode treeNode;
            int layer;
            public NodeLayer(TreeNode treeNode, int layer){
                this.treeNode = treeNode;
                this.layer = layer;
            }
        }
        // 先计算每一层的所有数量，取最大值
        public int widthOfBinaryTree(TreeNode root) {
            if(root == null){
                return 0;
            }
            return  maxWidth(root);
        }
        public int maxWidth(TreeNode root){
            // 假设最大有100层。
            int[] layers = new int[100];
            Deque<NodeLayer> deque = new ArrayDeque<>();
            deque.addLast(new NodeLayer(root,0));
            // 先写一个层次遍历
            while(!deque.isEmpty()){
                NodeLayer temp = deque.pollFirst();
                // System.out.println(temp.treeNode.val);
                layers[temp.layer]+=1;

                if(temp.treeNode.left != null){
                    deque.addLast(new NodeLayer(temp.treeNode.left,temp.layer+1));
                }
                if(temp.treeNode.right != null){
                    deque.addLast(new NodeLayer(temp.treeNode.right,temp.layer+1));
                }
            }
            int max = 0;
            for(int i=0; i<10; i++){
                max = Math.max(max,layers[i]);
            }
            return max;
        }
    }

发现问题后，我第一时间想到了双指针，每次指向左和右

还是有问题，因为找不到下一层的第一个节点，最后想到了利用index找

 

于是有了下面的方法。

1.首先我在之前的类中添加定义了一个值index 用于保存当前节点的index，这样我只需找到每一层最前和最后的index，相减加一即可得到最终解。

我利用一个数组layers_width[]保存每一层的宽度（当换层的时候，也就是上一个节点的layer与当前节点的layer不一样的时候，更新上一层的宽度和当前层的index），

用上一个节点(lastNode.index - layers_width[lastNode.layer] +1)上一层第一个节点的index 与 最后一个节点的index的差加一。然后将当前节点temp的index保存到当前层的位置：layers_width[temp.layer] = temp.index，下次就只需要用最后一个节点减就可以了。

2.中途出现了一个bug，是因为我将最后的边界条件放在了while里面，我判断deque为null时启动，但是该条件不止触发了一次，排查了很久。

3.完成后我对初始化的数组进行了优化：计算二叉树的深度来代替layers_width的长度（之前是随便设置了一个大数值，太小的话有的测试用例不过，太大浪费空间和时间）。后来发现不需要使用数组保存，只需要定义一个变量保存上一层的第一个节点的index:lastLayerFirstIndex（也不用计算二叉树深度了）。每次换层只需要比较大小并更新上一层的长度（lastNode.index - lastLayerFirstIndex +1）与当前最大长度max，然后更新lastLayerFirstIndex 为当前节点temp的index。

4.循环结束后，再更新一次max。这是由于最后一个节点如果没有换层，导致最后一层的宽度没有计算，所以需要在循环外进行一次更新max。

 

class Solution {
    class NodeLayer{
        TreeNode treeNode;
        int layer;
        int index;
        public NodeLayer(TreeNode treeNode, int layer, int index){
            this.treeNode = treeNode;
            this.layer = layer;
            this.index = index;
        }
    }
 
    public int widthOfBinaryTree(TreeNode root) {
        if(root == null){
            return 0;
        }
        return  maxWidth(root);
    }
    public void maxDepth(TreeNode node, int depth, int[] max){
        if(node.left == null && node.right == null){
            max[0] = Math.max(max[0], depth);
        }
        if(node.left != null){
            maxDepth(node.left, depth+1, max);
        }
        if(node.right != null){
            maxDepth(node.right, depth+1, max);
        }
    }
    public int maxWidth(TreeNode root){
        // // 先求深度
        // int[] depth = new int[1];
        // maxDepth(root, 1, depth);
        // //深度
        // int len = depth[0]; 
        // // int len = 4000;
            
        // int[] layers_width = new int[len];
        int lastLayerFistIndex=0;

        Deque<NodeLayer> deque = new ArrayDeque<>();
        NodeLayer first = new NodeLayer(root,0,0);
        deque.addLast(first);
        
        int max = 1;
        // 定义一个指向上一个节点的指针
        NodeLayer lastNode=first;
        // 先写一个层次遍历
        while(!deque.isEmpty()){
            NodeLayer temp = deque.pollFirst();

            // 判断是否换层。如果换层就更新层宽度，最后一个节点的坐标减第一个的坐标
            // System.out.println(temp.layer);
            if(lastNode.layer != temp.layer){
                
                // // 更新上一层宽度
                // layers_width[lastNode.layer] = lastNode.index-layers_width[lastNode.layer] +1;
                // max = Math.max(lastNode.index-layers_width[lastNode.layer] +1,max);
                max = Math.max(lastNode.index-lastLayerFistIndex +1,max);
                // 更新当前层第一个节点
                // layers_width[temp.layer] = temp.index;
                lastLayerFistIndex = temp.index;

            }
            lastNode = temp;
            if(temp.treeNode.left != null){
                deque.addLast(new NodeLayer(temp.treeNode.left,temp.layer+1,temp.index*2+1));
            }
            if(temp.treeNode.right != null){
                deque.addLast(new NodeLayer(temp.treeNode.right,temp.layer+1,temp.index*2+2));
            }
        }
        // 如果最后一次没有发生层级改变
        // layers_width[lastNode.layer] = lastNode.index-layers_width[lastNode.layer] +1;
        // max = Math.max(lastNode.index-layers_width[lastNode.layer] +1,max);
        max = Math.max(lastNode.index-lastLayerFistIndex +1,max);
 
        // for(int i=0; i<len ;i++){       
        //     // System.out.print(layers_width[i]+" ");
        //     max = Math.max(max,layers_width[i]);
        // }
        return max;
    }
}