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330 changes: 330 additions & 0 deletions tree-bst/98.md
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@@ -0,0 +1,330 @@
- [98. Validate Binary Search Tree](https://leetcode.com/problems/validate-binary-search-tree/description/)
- 方針
- Queue を用いる
- 初期値の `root.val` は `Long.MIN_VALUE ~ Long.MAX_VALUE` の間に収まっていればOK
- 同様に、左の子については、最大値が root.val になればよく、左の子の値判定は、`Long.MIN_VALUE ~ root.val` に収まっていればBSTとして適切
- 同様に、右の子については、最小値が root.val になればよく、右の子の値判定は、`root.val ~ Long.MAX_VALUE` に収まっていればBSTとして適切
- 上記を繰り返すだけではなく、一つ下のノードに落ちた時に左に落ちたのであれば、最大値を更新。右に落ちたのであれば最小値を更新して、許容される値の区間を更新し続ける必要がある
- 一般化すると、左に行く時は最大値を現在のノードの値で更新、右に行く時は現在のノードの値で最小値を更新すれば良い
- 実装時間: 20分
```java
/**
* Definition for a binary tree node.
* public class TreeNode {
* int val;
* TreeNode left;
* TreeNode right;
* TreeNode() {}
* TreeNode(int val) { this.val = val; }
* TreeNode(int val, TreeNode left, TreeNode right) {
* this.val = val;
* this.left = left;
* this.right = right;
* }
* }
*/
class Solution {
public boolean isValidBST(TreeNode root) {
if (root == null) {
return false;
}

Deque<NodeWithRange> nodes = new ArrayDeque<>();
nodes.addLast(new NodeWithRange(root, Long.MIN_VALUE, Long.MAX_VALUE));

while (!nodes.isEmpty()) {
NodeWithRange nodeWithRange = nodes.pollFirst();
TreeNode node = nodeWithRange.node;
long min = nodeWithRange.min;
long max = nodeWithRange.max;

if (node.val <= min || node.val >= max) {

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数直線上に一直線に並べるように書くと、読み手にとって読みやすくなると思います。

if (!(min < node.val && node.val < max)) {

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ありがとうございます。
! の使用を避けて書きましたが、A && B の否定であればわかりやすいですね。

return false;
}

if (node.left != null) {
nodes.addLast(new NodeWithRange(node.left, min, node.val));
}

if (node.right != null) {
nodes.addLast(new NodeWithRange(node.right, node.val, max));
}
}

return true;
}

private record NodeWithRange(TreeNode node, long min, long max){}
}
```
- うまくいかず、40分程度格闘したコード
- 何がいけなかったのか?
- Queue に対するノードの追加と invalid の判定を同時に行おうとした点
```java
/**
* Definition for a binary tree node.
* public class TreeNode {
* int val;
* TreeNode left;
* TreeNode right;
* TreeNode() {}
* TreeNode(int val) { this.val = val; }
* TreeNode(int val, TreeNode left, TreeNode right) {
* this.val = val;
* this.left = left;
* this.right = right;
* }
* }
*/
class Solution {
public boolean isValidBST(TreeNode root) {
if (root == null) {
return false;
}

Deque<NodeWithRange> nodes = new ArrayDeque<>();
nodes.addLast(new NodeWithRange(root, Long.MIN_VALUE, Long.MAX_VALUE));
while (!nodes.isEmpty()) {
NodeWithRange nodeWithRange = nodes.pollFirst();
TreeNode node = nodeWithRange.node;
long min = nodeWithRange.min;
long max = nodeWithRange.max;

if (node.left != null) {
if (node.left.val >= node.val || node.left.val <= min) {
return false;
}
nodes.addLast(new NodeWithRange(node.left, min, node.val));
}

if (node.right != null) {
if (node.right.val <= node.val || node.right.val >= max) {
return false;
}
nodes.addLast(new NodeWithRange(node.right, node.val, max));
}
}

return true;
}

private record NodeWithRange(TreeNode node, long min, long max){}
}
```

- 時間を空けて解き直し、もっとシンプルにできる
```java
/**
* Definition for a binary tree node.
* public class TreeNode {
* int val;
* TreeNode left;
* TreeNode right;
* TreeNode() {}
* TreeNode(int val) { this.val = val; }
* TreeNode(int val, TreeNode left, TreeNode right) {
* this.val = val;
* this.left = left;
* this.right = right;
* }
* }
*/
class Solution {
public boolean isValidBST(TreeNode root) {
if (root == null) {
return false;
}

Deque<NodeWithRange> nodes = new ArrayDeque<>();
nodes.addLast(new NodeWithRange(root, Long.MIN_VALUE, Long.MAX_VALUE));

while (!nodes.isEmpty()) {
NodeWithRange nodeWithRange = nodes.pollFirst();
TreeNode node = nodeWithRange.node;
long min = nodeWithRange.min;
long max = nodeWithRange.max;

if (node.val <= min || node.val >= max) {
return false;
}

if (node.left != null) {
// 最大値更新
nodes.addLast(new NodeWithRange(node.left, min, node.val));
}

if (node.right != null) {
// 最小値更新
nodes.addLast(new NodeWithRange(node.right, node.val, max));
}
}

return true;
}

private record NodeWithRange(TreeNode node, long min, long max){}
}
```

- 前回の課題をまとめる
- [103. Binary Tree Zigzag Level Order Traversal #27 line 145](https://github.com/hiroki-horiguchi-dev/leetcode/pull/27/changes)で自分に出した課題

```terminaloutput
Iterable
└── Collection
├── List
│ ├── ArrayList
│ └── LinkedList
├── Set
│ ├── HashSet
│ └── TreeSet
└── Queue
├── LinkedList (List も実装してる)
└── ArrayDeque
```

- [Iterable](https://github.com/openjdk/jdk/blob/a13dd293a811a6ba829696e68cd2150de2cb2f17/src/java.base/share/classes/java/lang/Iterable.java)
- Iterable は、Javaの Collection 自体が実装しているので、Collectionを継承ないし実装しているクラス(List, Queue, Set, Map) は全て for を使うことができる
- CSZAP の チューリング完全あたりで出てきた内容っぽいので入門コンピュータ科学12章をつまみ読んだ
```java
public interface Iterable<T> {
Iterator<T> iterator();

default void forEach(Consumer<? super T> action) {
Objects.requireNonNull(action);
for (T t : this) {
action.accept(t);
}
}
default Spliterator<T> spliterator() {
return Spliterators.spliteratorUnknownSize(iterator(), 0);
}
}
```
- [Collections](https://github.com/openjdk/jdk/blob/a13dd293a811a6ba829696e68cd2150de2cb2f17/src/java.base/share/classes/java/util/Collection.java)
```java
package java.util;

import java.util.function.IntFunction;
import java.util.function.Predicate;
import java.util.stream.Stream;
import java.util.stream.StreamSupport;

public interface Collection<E> extends Iterable<E> {

int size();

boolean isEmpty();

boolean contains(Object o);

Iterator<E> iterator();

Object[] toArray();

<T> T[] toArray(T[] a);

default <T> T[] toArray(IntFunction<T[]> generator) {
return toArray(generator.apply(0));
}

boolean add(E e);

boolean remove(Object o);

boolean containsAll(Collection<?> c);

boolean addAll(Collection<? extends E> c);

boolean removeAll(Collection<?> c);

default boolean removeIf(Predicate<? super E> filter) {
Objects.requireNonNull(filter);
boolean removed = false;
final Iterator<E> each = iterator();
while (each.hasNext()) {
if (filter.test(each.next())) {
each.remove();
removed = true;
}
}
return removed;
}

boolean retainAll(Collection<?> c);

void clear();

boolean equals(Object o);

int hashCode();

@Override
default Spliterator<E> spliterator() {
return Spliterators.spliterator(this, 0);
}

default Stream<E> stream() {
return StreamSupport.stream(spliterator(), false);
}

default Stream<E> parallelStream() {
return StreamSupport.stream(spliterator(), true);
}
}
```
- 抽象メソッド(実装必須)
- 情報取得: `size(), isEmpty(), contains()`
- 走査: `iterator()`
- 変換: `toArray(), toArray(T[])`
- 追加/削除: `add(), remove(), addAll(), removeAll(), retainAll(), clear()`
- 存在確認: `containsAll()`
- 比較: `equals(), hashCode()`
- 実装しているクラスのまとめ
```terminaloutput
Collection [interface]
├── SequencedCollection [interface] (Java 21〜)
│ ├── List [interface]
│ │ ├── ArrayList
│ │ ├── LinkedList (※Dequeも実装)
│ │ ├── Vector
│ │ │ └── Stack
│ │ └── CopyOnWriteArrayList
│ ├── SequencedSet [interface] (Java 21〜 / Setを継承)
│ │ ├── LinkedHashSet (※HashSetの子クラス)
│ │ └── TreeSet (※NavigableSet経由で継承)
│ └── Deque [interface] (※Queueも継承)
│ ├── ArrayDeque
│ ├── LinkedList (※Listも実装)
│ ├── ConcurrentLinkedDeque
│ └── BlockingDeque [interface]
│ └── LinkedBlockingDeque
├── Set [interface]
│ ├── HashSet
│ │ └── LinkedHashSet (※SequencedSetも実装)
│ ├── EnumSet
│ ├── TreeSet (※NavigableSet経由)
│ └── CopyOnWriteArraySet
├── Queue [interface]
│ ├── PriorityQueue
│ ├── ConcurrentLinkedQueue
│ ├── Deque [interface] (※上記SequencedCollectionの枠内へ移動)
│ └── BlockingQueue [interface]
│ ├── ArrayBlockingQueue
│ ├── LinkedBlockingQueue
│ ├── PriorityBlockingQueue
│ ├── SynchronousQueue
│ └── LinkedTransferQueue
└── AbstractCollection [abstract]
├── AbstractList [abstract] ──> ArrayList, Vector などの親
│ └── AbstractSequentialList [abstract] ──> LinkedList の親
├── AbstractSet [abstract] ──> HashSet, TreeSet などの親
└── AbstractQueue [abstract] ──> PriorityQueue などの親
```
- Map は実装していないので注意。Map を entrySet で回せているように見えるのは Set が Iterator を実装しているからで Map が Iterator を実装しているからではない
- 面倒くさくなってきたので一旦ここで push する
- あとは気が向けば戻ってきて続きをやる