《剑指Offer》26. 二叉搜索树与双向链表

题目：26. 二叉搜索树与双向链表

知识点：链表、二叉树

题目描述：

输入一棵二叉搜索树，将该二叉搜索树转换成一个排序的双向链表。要求不能创建任何新的结点，只能调整树中结点指针的指向。

解题思路：

解题的思路比较简单，最直观的解法就是直接中序遍历二叉树，并同时保存输出链表的头结点和尾结点就可以了。

效率更高的一些解法，是我在牛客网的讨论区里看到的，但大多数的思想也是类似于递归的思想，所以先把代码和注解贴在这里。

代码：

//解法一（自研）：
    TreeNode* rear = nullptr;
    TreeNode* head = nullptr;
    
    TreeNode* Convert(TreeNode* pRootOfTree)
    {        
        ConvertBinary(pRootOfTree);
        return head;
    }
    
    void ConvertBinary(TreeNode* pRootOfTree){
        
        if(pRootOfTree == nullptr) return;
        
        ConvertBinary(pRootOfTree->left);
        if(head == nullptr){
            head = pRootOfTree;
            rear = head;
        }else{
            rear->right = pRootOfTree;
            pRootOfTree->left = rear;
            rear = pRootOfTree;
        }
        ConvertBinary(pRootOfTree->right);
    }


//解法二（剑指Offer）：
BinaryTreeNode* Convert(BinaryTreeNode* pRootOfTree)
{
    BinaryTreeNode *pLastNodeInList = nullptr;
    ConvertNode(pRootOfTree, &pLastNodeInList);

    // pLastNodeInList指向双向链表的尾结点，
    // 我们需要返回头结点
    BinaryTreeNode *pHeadOfList = pLastNodeInList;
    while(pHeadOfList != nullptr && pHeadOfList->m_pLeft != nullptr)
        pHeadOfList = pHeadOfList->m_pLeft;

    return pHeadOfList;
}

void ConvertNode(BinaryTreeNode* pNode, BinaryTreeNode** pLastNodeInList)
{
    if(pNode == nullptr)
        return;

    BinaryTreeNode *pCurrent = pNode;

    if (pCurrent->m_pLeft != nullptr)
        ConvertNode(pCurrent->m_pLeft, pLastNodeInList);

    pCurrent->m_pLeft = *pLastNodeInList; 
    if(*pLastNodeInList != nullptr)
        (*pLastNodeInList)->m_pRight = pCurrent;

    *pLastNodeInList = pCurrent;

    if (pCurrent->m_pRight != nullptr)
        ConvertNode(pCurrent->m_pRight, pLastNodeInList);
}


//解法三（牛客网 非递归）：
//1.核心是中序遍历的非递归算法。
//2.修改当前遍历节点与前一遍历节点的指针指向。
    import java.util.Stack;
    public TreeNode ConvertBSTToBiList(TreeNode root) {
        if(root==null)
            return null;
        Stack stack = new Stack();
        TreeNode p = root;
        TreeNode pre = null;// 用于保存中序遍历序列的上一节点
        boolean isFirst = true;
        while(p!=null||!stack.isEmpty()){
            while(p!=null){
                stack.push(p);
                p = p.left;
            }
            p = stack.pop();
            if(isFirst){
                root = p;// 将中序遍历序列中的第一个节点记为root
                pre = root;
                isFirst = false;
            }else{
                pre.right = p;
                p.left = pre;
                pre = p;
            }      
            p = p.right;
        }
        return root;
    }


//解法四（牛客网 递归）：
//1.将左子树构造成双链表，并返回链表头节点。
//2.定位至左子树双链表最后一个节点。
//3.如果左子树链表不为空的话，将当前root追加到左子树链表。
//4.将右子树构造成双链表，并返回链表头节点。
//5.如果右子树链表不为空的话，将该链表追加到root节点之后。
//6.根据左子树链表是否为空确定返回的节点。
    public TreeNode Convert(TreeNode root) {
        if(root==null)
            return null;
        if(root.left==null&&root.right==null)
            return root;
        // 1.将左子树构造成双链表，并返回链表头节点
        TreeNode left = Convert(root.left);
        TreeNode p = left;
        // 2.定位至左子树双链表最后一个节点
        while(p!=null&&p.right!=null){
            p = p.right;
        }
        // 3.如果左子树链表不为空的话，将当前root追加到左子树链表
        if(left!=null){
            p.right = root;
            root.left = p;
        }
        // 4.将右子树构造成双链表，并返回链表头节点
        TreeNode right = Convert(root.right);
        // 5.如果右子树链表不为空的话，将该链表追加到root节点之后
        if(right!=null){
            right.left = root;
            root.right = right;
        }
        return left!=null?left:root;       
    }


//解法五（牛客网 递归改进）：
//思路与递归版一致，仅对第2点中的定位作了修改，新增一个全局变量记录左子树的最后一个节点。
//记录子树链表的最后一个节点，终结点只可能为只含左子树的非叶节点与叶节点
    protected TreeNode leftLast = null;
    public TreeNode Convert(TreeNode root) {
        if(root==null)
            return null;
        if(root.left==null&&root.right==null){
            leftLast = root;// 最后的一个节点可能为最右侧的叶节点
            return root;
        }
        // 1.将左子树构造成双链表，并返回链表头节点
        TreeNode left = Convert(root.left);
        // 3.如果左子树链表不为空的话，将当前root追加到左子树链表
        if(left!=null){
            leftLast.right = root;
            root.left = leftLast;
        }
        leftLast = root;// 当根节点只含左子树时，则该根节点为最后一个节点
        // 4.将右子树构造成双链表，并返回链表头节点
        TreeNode right = Convert(root.right);
        // 5.如果右子树链表不为空的话，将该链表追加到root节点之后
        if(right!=null){
            right.left = root;
            root.right = right;
        }
        return left!=null?left:root;       
    }