二叉树的中序遍历 [递归 & 迭代]

中序遍历的递归 & 迭代

  • 前言
  • 一、二叉树的中序遍历
  • 二、递归 & 迭代
    • 1、递归版
    • 2、迭代(断左子树版)
    • 3、迭代(root迭代版)
    • 4、mirror(O(1)空间版)
  • 总结
  • 参考文献

前言

中序遍历,递归进行左中右遍历,非常简单高效。迭代的方式稍显麻烦,不过也是遵循左中右遍历的原则。而在迭代方法中,将二叉树原地修改成双向循环链表,再进行遍历,则需要栈空间,就可以完成迭代版的中序遍历。

一、二叉树的中序遍历

二叉树的中序遍历 [递归 & 迭代]_第1张图片

二、递归 & 迭代

1、递归版

	// Definition for a binary tree node.
    public class TreeNode {
        int val;
        TreeNode left;
        TreeNode right;

        TreeNode() {
        }

        TreeNode(int val) {
            this.val = val;
        }

        TreeNode(int val, TreeNode left, TreeNode right) {
            this.val = val;
            this.left = left;
            this.right = right;
        }
    }
	List<Integer> ans = new ArrayList<>();
    public List<Integer> inorderTraversal(TreeNode root) {
        if(null == root) return ans;

        inorderTraversal(root.left);

        ans.add(root.val);

        inorderTraversal(root.right);

        return ans;
    }  

2、迭代(断左子树版)

// 断链法,按自己独立思考复杂的逻辑来的。
    // 靠peek()节点遍历。
    public List<Integer> inorderTraversal2(TreeNode root) {
        if (null == root) return ans;

        Stack<TreeNode> sk = new Stack<>();
        sk.push(root);

        while (!sk.isEmpty()) {
            // while不断left压栈。
            while (sk.peek().left != null) {
                TreeNode left = sk.peek().left;
                sk.peek().left = null;
                sk.push(left);
            }
            // 一旦不断left到底了,至少说明没有左孩子了(null孩子不加入!),直接访问当前节点。
            ans.add(sk.peek().val);
            // if将右节点当作一个子树来对待,重新进入循环进行left压栈。
            if (sk.peek().right != null) {
                TreeNode right = sk.peek().right;
                sk.pop().right = null;
                sk.push(right);
            } else sk.pop();
        }
        return ans;
    }

3、迭代(root迭代版)

// 不断链,而是更新root!
    // 靠root节点遍历。
    public List<Integer> inorderTraversal3(TreeNode root) {
        if (null == root) return ans;

        Stack<TreeNode> sk = new Stack<>();

        while (root != null || !sk.isEmpty()) {
            // 遍历左节点。
            while (root != null) {
                sk.push(root);

                root = root.left;
            }
            // 靠着栈轨迹,把root拉回来。
            root = sk.pop();
            // 访问根节点。
            ans.add(root.val);
            // 靠着栈轨迹的root,寻找右子树。
            root = root.right;
        }
        return ans;
    }

4、mirror(O(1)空间版)

// mirror法:将左子树最右孩子的指针指向该节点,即让前驱节点的next指向自己,形成左中右的单向链,让空间复杂度降到O(1)
    public List<Integer> inorderTraversal4(TreeNode root) {
        if (null == root) return ans;
        while (root != null) {
            // 让root的前驱指向自己,前驱在左子树的最右节点上。
            if (root.left != null) {
                TreeNode p = root.left;
                // p.right != root,防止重复访问左边,导致死循环。
                while (p.right != null && p.right != root) p = p.right;

                if (p.right == null) {
                    p.right = root;
                    // 继续遍历左子树,设置好right指针。
                    root = root.left;
                }
                // 说明p.right == root,说明左子树已经遍历完了,访问自己 + 访问右子树。
                // 注:如果想要不修改树结构,即可把right断掉。
                else {
                    ans.add(root.val);

                    root = root.right;
                    // 可把right断掉,保持原来的树结构。
                    p.right = null;
                }
            } else {
                ans.add(root.val);

                root = root.right;
            }
        }
        return ans;
    }

总结

1)二叉树的遍历,遵循左中右原则,递归 / 迭代都可。一题多解,对问题中涵盖的知识点才能融汇贯通,比如这里对左中右遍历的理解,在迭代情况下get值的时机,对二叉树这种递归结构 的理解,对二叉树&双向链表的关系,通过mirror联想到线索二叉树等等。

2)迭代版中的mirror版,可以将空间复杂度降到O(1)。需要理解临时修改right指针,把二叉树当成双向链表看待,也可以想象一下二叉搜索树的样子,是否也是同个原理!

3)coding要实际,不能只看看,比如这里独立思考的断链法和root法还是在思想上有很大不同,虽然root法很容易理解,但不是我能输出的!比如root法中while(root != null || !sk.isEmpty())为什么要两个条件,又为什么要或运算,这都需要实际coding并加强理解!比如mirror法为什么空间O(1),修改right指针的本质?为什么每个节点会被访问两次?在mirror版下在那两种情况下访问节点?left == null时可访问,有环的情况可访问,一种是左孩子为null,一种是左孩子被访问过,不用再访问了。

4)每次访问了,就root = root.right,左子树就不用过问了,为什么这样,需要深刻理解树的递归结构,每一个节点都是root

参考文献

[1] LeetCode 二叉树的中序遍历

[2] LeetCode 二叉树的中序遍历 mirror版

你可能感兴趣的:(数据机构与算法,二叉树,中序遍历,递归法,迭代法,mirror法)