[LeetCode]（面試題32 - III）從上到下打印二叉樹 III

題目

請實現一個函數按照之字形順序打印二叉樹，即第一行按照從左到右的順序打印，第二層按照從右到左的順序打印，第三行再按照從左到右的順序打印，其他行以此類推。

例如:
給定二叉樹: [3,9,20,null,null,15,7],

    3
   / \
  9  20
    /  \
   15   7

返回其層次遍歷結果：

[
  [3],
  [20,9],
  [15,7]
]

提示：

1. 節點總數 <= 1000

解題思路

二叉樹的“從上至下”打印（即按層打印），又稱爲二叉樹的層次遍歷，可以通過 BFS 來實現，而 BFS 又通常藉助隊列來實現。

算法步驟：

• 1）特例處理：當樹的根節點爲空，則直接返回空列表 [] ；
• 2）初始化：結果列表 res = [] ，包含根節點的隊列 queue = [root] ；
• 3）進入 BFS 循環：當隊列 queue 不爲空時進入循環：
  • 3.1）新建一個臨時列表 tmp ，用於存儲當前層打印結果；
  • 3.2）打印當前層節點，循環次數爲當前層節點數（即隊列 queue 長度）：
    • 3.2.1）隊首元素出隊，記爲 cur；
    • 3.2.2）打印：若爲偶數層，將 cur.val 添加至 tmp 尾部；否則，添加至 tmp 頭部（根節點所在層數爲 0，是偶數層）；
    • 3.2.3）添加子節點：若 cur 的左（右）子節點不爲空，則將左（右）子節點分別加入隊列 queue ；
  • 3.3）將當前層結果 tmp 添加入 res 。
• 4）返回值：返回結果列表 res 即可。

複雜度分析：
時間複雜度 O(N)： N 爲二叉樹的節點數量，即 BFS 需循環 N 次。臨時列表（雙端隊列）的隊首和隊尾的添加（刪除）元素操作的時間複雜度爲 O(1) 。
空間複雜度 O(N)： 最差情況下，即當樹爲滿二叉樹時，最多有 N/2 個樹節點同時在 queue 中，需要 O(N) 大小的額外空間。

注：Java 中將鏈表 LinkedList 作爲臨時列表（雙端隊列）的一種實現方式，在聲明臨時列表的時候，需要這樣聲明：

LinkedList<Integer> tmp = new LinkedList<>();

而不能用這種聲明方式：

List<Integer> tmp = new LinkedList<>();

因爲 List 只是一個接口，ArrayList 和 LinkedList 分別是它的兩個實現類。只有採用第一種聲明方式，才能使用 LinkedList 特有的方法：addFirst() 和 addLast() 。

代碼

/**
 * Definition for a binary tree node.
 * public class TreeNode {
 *     int val;
 *     TreeNode left;
 *     TreeNode right;
 *     TreeNode(int x) { val = x; }
 * }
 */
class Solution {
    public List<List<Integer>> levelOrder(TreeNode root) {
        List<List<Integer>> res = new ArrayList<>();
        Deque<TreeNode> queue = new LinkedList<>();
        if(root == null){
            return res;
        }
        queue.offer(root);
        int level = 0;
        while(!queue.isEmpty()){
            int n = queue.size();
            LinkedList<Integer> tmp = new LinkedList<>(); // 用 LinkedList 實現，在首尾添加數據時效率較高，不需要移動大量元素
            for(int i=0; i<n; i++){
                TreeNode cur = queue.poll();
                // 偶數層從左往右打印，奇數層從右往左打印
                if(level%2 == 0){
                    tmp.addLast(cur.val); // 在列表末尾添加
                }else{
                    tmp.addFirst(cur.val); // 在列表頭部添加
                }
                if(cur.left != null){
                    queue.offer(cur.left);
                }
                if(cur.right != null){
                    queue.offer(cur.right);
                }
            }
            res.add(tmp);
            level++; // 層數加1
        }
        return res;
    }
}