概述
二叉樹的遍歷可以說是解決二叉樹問題的基礎。我們常用的遍歷方式無外乎就四種前序遍歷
、中序遍歷
、後續遍歷
、層次遍歷
這四種。其中前三種遍歷方式在實現時,即便採用不同的實現方式(遞歸方式、非遞歸),它們的算法結構是有很大的相似性。因而針對前三種的遍歷我們會總結出對應通用的解決框架,便於在解決二叉樹問題時進行使用。
遞歸方式
遞歸方式遍歷二叉樹時,無論是前序遍歷
、中序遍歷
還是後續遍歷
的方式,它們最大的區別就是對節點數據的訪問位置不同。除此之外其結構完全一致,因而我們總結出如下的框架結構:
void traverse(TreeNode root) {
//終止條件
if(root == null) return;
// 前序遍歷
traverse(root.left);
// 中序遍歷
traverse(root.right);
// 後序遍歷
}
對應註釋的位置訪問數據就可以實現不同的遍歷方式。
例如,前序遍歷:
void traverse(TreeNode root) {
if(root == null) return;
visit(root);
traverse(root.left);
traverse(root.right);
}
同樣的中序遍歷:
void traverse(TreeNode root) {
if(root ==null) return;
traverse(root.left);
visit(root);
traverse(root.right);
}
後續遍歷:
void traverse(TreeNode root) {
if(root ==null) return;
traverse(root.left);
traverse(root.right)
}
是否非常easy!!
非遞歸方式
二叉樹非遞歸遍歷說實話有很多種實現方式,但本質上都是模擬整個遍歷的過程來實現的。
爲了便於理解,其中前序遍歷、中序遍歷、後序遍歷我們採用一套類似的算法框架。
整個算法框架如下:
public void tranverse(TreeNode root) {
// 邊界判斷
if (root == null) {
return;
}
Stack<TreeNode> stack = new Stack<>();
TreeNode current = root;
while (current != null || !stack.isEmpty()) {
//節點非空時,證明父節點的左側節點非空,直接入棧
if (current != null) {
//前序遍歷 visit(current)
stack.push(current);
current = current.left;
} else {
//節點爲空,證明左側節點爲空,出棧,更換遊標節點方向
current = stack.pop();
//中續遍歷 visit(current);
current = current.right;
}
}
}
後序遍歷它的遍歷順序爲"左-->右-->根",較之與前序遍歷的"根-->左-->右",好像是有很大的相似性,我們能否針對上邊的框架進行修改,使由前序遍歷轉換成後序遍歷??
答案是肯定的,我們可以觀察到,可以先求出遍歷順序是"根-->右-->左""的節點序列,再倒序,便剛好是後序遍歷的順序:左右根。而遍歷順序是根右左的話,很好辦,從前序遍歷的代碼中改兩行就是了。
故而,可以選擇使用兩個棧,其中一個用於遍歷,另一個用於結果的倒序。
實現代碼如下:
//使用雙棧來實現後序遍歷
public void postOrderTraverse(TreeNode root){
Stack<TreeNode> stack = new Stack<>();
Stack<Integer> res = new Stack<>();
TreeNode cur = root;
while (cur!=null || !stack.isEmpty()) {
if (cur!=null){
stack.push(cur);
res.push(cur.val);
cur = cur.right; //修改處
}else{
cur = stack.pop();
cur = cur.left; // 修改處
}
}
while (!res.isEmpty()){
visit(res.pop());
}
}
至此,非遞歸遍歷完成,是不是也很easy!!
下邊我們可以看一下最後一種層次遍歷
層次遍歷
層次遍歷本質上就是閹割版廣度優先遍歷,關於BFS
我之前也寫了一篇文章BFS與DFS套路總結,感興趣的小夥伴可以去讀一下。我們此處就直接給出BFS算法的框架:
/**
* 給定起始節點start和目標節點target,返回其最短路徑長度
**/
int BFS(Node start,Node target){
Queue<Node> q; //核心數據結構
Set<Node> visited: //某些情況下可以通過byte數組來進行代替
int step = 0; //記錄擴散步數
//起始節點入隊列
q.add(start);
visited.offer(start);
while(q not empty) {
//必須要用sz來保存q.size(),然後擴散sz不能直接使用q.size()
int sz = q.size();
//將隊列中的節點進行擴散
for(int i =0 ; i < sz; i++) {
Node cur = q.poll();
// 目標節點判斷
if(cur is target) {
return step;
}
// 鄰接結點入隊列
for(Node n:cur.adjs) {
//未訪問節點入隊列
if(n is not int visited) {
visitd.add(n);
q.offer(n);
}
}
}
// 更新步數
step++;
}
}
此處我們藉助BFS的框架,直接給出其實現方法:
void LevelOrder(TreeNode root){
//初始化棧,並放入
Queue<TreeNode> queue;
queue.add(root);
while( !queue.isEmpty()) {
//出棧
TreeNode cur = queue.poll();
//訪問節點
visit(cur);
//向下一層級擴散
if(cur.left !=null) queue.add(cur.left);
if(cur.right !=null) queue.add(cur.right);
}
}
較之於BFS,我們會發現,層次遍歷,少了好多東西,比如不需要visited來標記已訪問的節點(二叉樹本身結構的特點,不可能出現重複遍歷),也不需要將隊列中的節點進行擴散等。
總結
至此,二叉樹的四種遍歷方式總結完成。我們發現其實二叉樹所有的遍歷方式都有一種通用的算法框架,只要掌握算法本身的框架還是比較容易能夠寫出實現代碼的。