（Java）leetcode-94 Binary Tree Inorder Traversal（中序遍历的三种实现）

题目

【二叉树的中序遍历】
Given a binary tree, return the inorder traversal of its nodes’ values.

Example:

Input: [1,null,2,3]

       1
        \
         2
        /
       3

Output: [1,3,2]
Follow up: Recursive solution is trivial, could you do it iteratively?

思路1-递归

递归是二叉树遍历种比较常规的做法。
时间复杂度：O(n)
空间复杂度：最差O(n) 平均O(logn)

代码

class Solution {
    public List<Integer> inorderTraversal(TreeNode root) {
        List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
        inorderVisit(root,list);
        return list;

    }

    public void inorderVisit(TreeNode root,List<Integer> list){
    	if(root != null){
    		inorderVisit(root.left,list);
    		list.add(root.val);
    		inorderVisit(root.right,list);
    	}
    }
}

提交结果

Runtime: 0 ms, faster than 100.00% of Java online submissions for Binary Tree Inorder Traversal.
Memory Usage: 36.2 MB, less than 40.53% of Java online submissions for Binary Tree Inorder Traversal.

思路2-非递归

需要结合栈来实现。
while大循环（节点非空 或 栈非空）：
while小循环中：不停地将根节点的左孩子，以及左孩子的左孩子入栈，直到入栈的是叶子节点，停止入栈循环。

将栈顶节点出栈访问，添加到结果列表，当前指针指向此节点的右孩子进行新一轮的大循环：
叶节点无右孩子将跳过小循环，进行出栈动作（也就是叶节点的父节点出栈…），否则就是右孩子入栈+其左入栈的小循环。

大循环退出条件为当前节点为空，且栈空，说明已经遍历到了最右端的节点。

此法其实原理和递归解法是差不多的，就是由我们自己模拟实现了递归法的压栈与出栈等过程。
时间和空间复杂度都是O（n）

代码

public class Solution {
    public List < Integer > inorderTraversal(TreeNode root) {
        List < Integer > res = new ArrayList < > ();
        Stack < TreeNode > stack = new Stack < > ();
        TreeNode curr = root;
        while (curr != null || !stack.isEmpty()) {
            while (curr != null) {
                stack.push(curr);
                curr = curr.left;
            }
            curr = stack.pop();
            res.add(curr.val);
            curr = curr.right;
        }
        return res;
    }
}

提交结果

Runtime: 1 ms, faster than 35.18% of Java online submissions for Binary Tree Inorder Traversal.
Memory Usage: 36.3 MB, less than 12.51% of Java online submissions for Binary Tree Inorder Traversal.

思路3-莫里斯解法（线索二叉树）

1、如果当前结点的左孩子为空，则输出当前结点并将当前结点的右结点作为当前结点。
2、如果当前结点的左孩子不为空，则从当前结点的左子树找出当前结点的前驱节点：
如果前驱结点p的右孩子为空，则将p的右孩子设为当前结点；否则，输出当前结点，并将p的右孩子置为空，并将当前当前结点的右孩子置为当前结点
3、重复1 ，2两步直到当前结点为空

时间复杂度：O(n)。
空间复杂度：O(1)，因为只用了两个辅助指针。
参考：http://www.cnblogs.com/AnnieKim/archive/2013/06/15/morristraversal.html

代码

public class Solution {
    public List<Integer> inorderTraversal(TreeNode root) {
        if(root == null) return new ArrayList<Integer>();
        List<Integer> res = new ArrayList<Integer>();
        TreeNode pre = null;
        while(root != null){
        	if(root.left == null){//如果当前结点的左孩子为空
        		res.add(root.val);//则输出当前结点
        		root = root.right;//并将当前结点的右结点作为当前结点
        	}else{//如果当前结点的左孩子不为空,则从当前结点的左子树找出当前结点的前驱节点： 
        		pre = root.left;
        		while(pre.right != null && pre.right != root){
        			pre = pre.right;//最后pre指向当前结点的前驱结点
        		}
        		if(pre.right == null){//如果前驱结点p的右孩子为空，则将p的右孩子设为当前结点
        			pre.right = root;
        			root = root.left;
        		}else{//否则，输出当前结点，并将p的右孩子置为空，并将当前当前结点的右孩子置为当前结点
        			pre.right = null;
        			res.add(root.val);
        			root = root.right;
        		}
        	}
        }
        return res;
    }
}

提交结果

Runtime: 0 ms, faster than 100.00% of Java online submissions for Binary Tree Inorder Traversal.
Memory Usage: 36 MB, less than 90.56% of Java online submissions for Binary Tree Inorder Traversal.