二叉树的遍历--递归实现与非递归实现

在研究二叉树的遍历之前,我们需要先看看二叉树的表示方式。

一般来说,我们使用自定义的数据结构或是数组来表示二叉树。

二叉树的数据结构:

public class TreeNode { public int val; // 左孩子 public TreeNode left; // 右孩子 public TreeNode right; }

数组形式表现二叉树

当我们使用数组形式表现二叉树时,我们将数组第一个节点的索引置为「1」,也就是根节点,如果我们通用性的将其当为「x」,那么它的左孩子节点的索引就是「2*x」,右孩子节点的索引为「2*x+1」。

例如下面的二叉树,我们可以使用数组[null, 1, 2, 3, null, 4, 5]来表示(因为根节点的索引需要为1,因此数组第一个元素我们将其置为null)

二叉树demo

二叉树的遍历

二叉树中一般有四种遍历方式:前序遍历中序遍历后序遍历层序遍历。它们都可以通过「递归」或是「非递归」实现,递归便于理解但是效率低下且不安全,可能会出现栈溢出;非递归,即采用循环,通常采用栈来完成,会复杂一些,但能够提高效率,降低遍历的消耗。其中『层序遍历』本质上是图的「广度优先搜索」,与另外三种有较大差异,故我们这里只讨论前序、中序和后序遍历方式,层序遍历放在之后进行讨论。

在下面的实现中,我们用一个名为「result」的队列来模拟遍历的顺序

前序遍历

访问顺序:根 → 左 → 右

递归实现 public class PreorderTraversal { public List<Integer> preorderTraversal(TreeNode root) { //add()和remove()方法在失败的时候会抛出异常(不推荐),应使用add()和poll()代替 List<Integer> result = new LinkedList<>(); // 进行前序遍历 _preorderTraversal(root, result); return result; } private void _preorderTraversal(TreeNode node, List<Integer> result) { if (null != node) { // 先输出根节点的值,然后再顺序处理左孩子和右孩子 result.add(node.val); _preorderTraversal(node.left, result); _preorderTraversal(node.right, result); } } } 非递归实现

实现思路

非递归实现时前序遍历时,我们需要借助栈(Stack)这一数据结构来完成,根据前序遍历「根-左-右」的特点,我们用以下思路来解决:

预处理:将根节点 push 到栈中

通过循环遍历树

检测栈是否为空,空则结束循环;若非空,则 pop 栈顶元素,并输出栈顶元素的值

判断栈顶元素「右孩子」是否为 null,非空则将其 push 到栈中

判断栈顶元素「左孩子」是否为 null,非空则将其 push 到栈中

在上面思路中,因为栈这一数据结构是「先进后出」的,所以我们先压入右孩子,后压入左孩子,这样最终访问时能够先访问左孩子。

参考代码

这里对于前序、中序和后序遍历的非递归实现,都会给出两种代码,第一种代码较为直观,易于理解;第二种代码属于模版类型的代码,形式统一,便于记忆。

这里先给出符合上述思路,便于理解的代码

public class PreorderTraversal { public List<Integer> preorderTraversal(TreeNode root) { List<Integer> result = new LinkedList<>(); // 1. 将根节点push到栈 Stack<TreeNode> tempStack = new Stack<>(); tempStack.push(root); // 2. 通过循环遍历树 while (!tempStack.empty()) { TreeNode node = tempStack.pop(); result.add(node.val) if (null != node.right) { tempStack.push(node.right); } if (null != node.left) { tempStack.push(node.left); } } return result; } }

便于记忆的模版代码

这里为什么给出模版代码?

因为二叉树这东西,看着思路理解很快,但是实际写起来容易忘这忘那,所以这里给出模版代码,我们可以多看几遍模版代码先记下如何使用,在熟练之后就可以得心应手的使用二叉树了。

模版代码的思路

预处理

在遍历二叉树的模版中,我们需要引入一个『辅助节点 curr』保存「当前正在访问的节点」,初始化为根节点,保证栈顶元素始终是 curr 的根节点;每次循环时判断条件为当前栈非空或辅助节点 curr 不为空。

使用循环前序遍历二叉树

对于这个模版,我们要牢记其在循环中的两种情况,这是根据辅助节点 curr 是否为null进行判断的

curr 存在时,表示栈顶元素存在左孩子,将 curr 压入栈并输出 curr 的值,最后将 curr 节点的值指向其左孩子节点

如果 curr 为空(即不存在),表示栈顶的节点不存在左子树,这是我们弹出栈顶的节点,将 curr 指向被弹出栈顶节点的右孩子节点

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