代码随想录算法训练营day15||二叉树part02、102.二叉树的层序遍历、 226.翻转二叉树（优先掌握递归）、101. 对称二叉树 （优先掌握递归）

102.二叉树的层序遍历

题目：给你一个二叉树，请你返回其按 层序遍历 得到的节点值。 （即逐层地，从左到右访问所有节点）。

接下来我们再来介绍二叉树的另一种遍历方式：层序遍历。

层序遍历一个二叉树。就是从左到右一层一层的去遍历二叉树。这种遍历的方式和我们之前讲过的都不太一样。

需要借用一个辅助数据结构即队列来实现，队列先进先出，符合一层一层遍历的逻辑，而用栈先进后出适合模拟深度优先遍历也就是递归的逻辑。

而这种层序遍历方式就是图论中的广度优先遍历，只不过我们应用在二叉树上。

使用队列实现二叉树广度优先遍历，动画如下：

class Solution {
    //定义了一个名为resList 的成员变量，类型为List>，用于存储层序遍历结果。
    //这个成员变量是一个二维列表，每个元素是一个!列表!，表示二叉树的一层节点值。
    public List> resList = new ArrayList>();

    //定义了一个名为levelOrder的公共方法，该方法接受一个TreeNode类型的参数root，表示二叉树的根节点。
    //该方法的返回类型是List>，表示二叉树的层序遍历结果。
    public List> levelOrder(TreeNode root) {
        checkFun02(root);//调用checkFun02 方法进行层序遍历。
        return resList;
    }

    //定义了一个名为checkFun02 的方法，用于实现二叉树的层序遍历。
    //首先检查当前节点node 是否为空，如果为空，则直接返回，表示无需进行层序遍历。
    public void checkFun02(TreeNode root){
        if(root == null) return;

        //创建一个名为que的队列，用于存储待访问的节点，并将根节点root入队列。
        Queue que = new LinkedList();
        que.offer(root);//offer()：将元素添加到队尾，如果成功，则返回true。
        
        //使用循环来遍历队列中的节点，直到队列为空为止。
        while(!que.isEmpty()){
            //在内层循环中，首先创建一个名为itemList的列表，用于存储当前层的节点值，
            //并获取当前队列的大小，表示当前层的节点个数。
            List itemList = new ArrayList();
            int len = que.size();
            //这里一定要使用固定大小size，不要使用que.size()，因为que.size是不断变化的
            while(len > 0){
              //从队列中弹出一个节点tmpNode，并将其值添加到当前层的列表itemList中。
                TreeNode tmpNode = que.poll();//poll()：将队首的元素删除，并返回该元素。
                itemList.add(tmpNode.val); 
                if(tmpNode.left != null)  que.offer(tmpNode.left);
                if(tmpNode.right != null)  que.offer(tmpNode.right);
                len--;
            }
            //当前层的所有节点都处理完毕后，将当前层的列表itemList添加到结果列表resList中，并进入下一层的处理。
            resList.add(itemList);
        }
       
    }
    //至此，二叉树的层序遍历完成，结果存储在成员变量resList中，返回给调用者。
}

107.二叉树的层次遍历 II

给你二叉树的根节点 root ，返回其节点值 自底向上的层序遍历 。 （即按从叶子节点所在层到根节点所在的层，逐层从左向右遍历）

 思路：相对于102.二叉树的层序遍历，就是最后把result数组反转一下就可以了。

class Solution {
    public List> resList = new ArrayList>();

    public List> levelOrderBottom(TreeNode root) {
        //checkFun01(root,0);
        checkFun02(root);

        //创建一个新的二维列表 result，用于存储按自底向上顺序排列的层序遍历结果。
        List> result = new ArrayList<>();
        //使用循环遍历原始的层序遍历结果 resList，从最后一层开始，逐层向上遍历。
        //在遍历过程中，将每一层的节点列表添加到 result 中。
        for (int i = resList.size() - 1; i >= 0; i-- ) {
            result.add(resList.get(i));
        }
        return result;//返回按自底向上顺序排列的层序遍历结果列表 result。
    }
 public void checkFun02(TreeNode node) {
        if (node == null) return;
        Queue que = new LinkedList();
        que.offer(node);

        while (!que.isEmpty()) {
            List itemList = new ArrayList();
            int len = que.size();

            while (len > 0) {
                TreeNode tmpNode = que.poll();
                itemList.add(tmpNode.val);

                if (tmpNode.left != null) que.offer(tmpNode.left);
                if (tmpNode.right != null) que.offer(tmpNode.right);
                len--;
            }

            resList.add(itemList);
        }

    }
}

  在102基础上稍作改动：

     //创建一个新的二维列表 result，用于存储按自底向上顺序排列的层序遍历结果。

        List> result = new ArrayList<>();

     //使用循环遍历原始的层序遍历结果 resList，从最后一层开始，逐层向上遍历。

     //在遍历过程中，将每一层的节点列表添加到 result 中。

        for (int i = resList.size() - 1; i >= 0; i-- ) {

            result.add(resList.get(i));

        }

        return result; //返回按自底向上顺序排列的层序遍历结果列表 result。

 199.二叉树的右视图

给定一个二叉树的 根节点 root，想象自己站在它的右侧，按照从顶部到底部的顺序，返回从右侧所能看到的节点值。

思路：层序遍历的时候，判断是否遍历到单层的最后面的元素，如果是，就放进result数组中，随后返回result就可以了。

class Solution {
    /**
     * 解法：队列，迭代。
     * 每次返回每层的最后一个字段即可。
     * 小优化：每层右孩子先入队。代码略。
     */
     public List rightSideView(TreeNode root) {
//定义了一个名为rightSideView的公共方法，该方法接受一个TreeNode类型的参数root，表示二叉树的根节点。
//该方法的返回类型是List，表示二叉树每层最右侧节点的值。

        //创建一个名为 resList 的列表，用于存储每层最右侧节点的值。
        List resList = new ArrayList<>();
        //创建一个名为 que 的双端队列，用于进行层序遍历。
        //这里选择双端队列的原因是为了让每层的右孩子先入队，以便后续直接取出最后一个节点。
        Deque que = new LinkedList<>();
    
        //如果根节点为空，则直接返回空列表。
        if (root == null) {
            return resList;
        }
        //将根节点入队。
        que.offerLast(root);
        //使用循环遍历队列中的节点，直到队列为空为止。
         while (!que.isEmpty()) {
            //获取当前层的节点数levelSize，并使用内层循环遍历当前层的所有节点。
            int levelSize = que.size();
            //从队列中弹出一个节点tmpNode，并将其左右孩子节点依次入队。
            for (int i = 0; i < levelSize; i++) {
                TreeNode tmpNode = que.pollFirst();

                if (tmpNode.left != null) {
                    que.addLast(tmpNode.left);
                }
                if (tmpNode.right != null) {
                    que.addLast(tmpNode.right);
                }
                //如果当前节点是当前层的最后一个节点，则将其值添加到结果列表resList中。
                if (i == levelSize - 1) {
                    resList.add(tmpNode.val);
                } 
                //继续处理下一层的节点。
            }
        }
        return resList;//返回存储了每层最右侧节点值的列表resList。
    }
}

637.二叉树的层平均值

给定一个非空二叉树, 返回一个由每层节点平均值组成的数组。

思路：本题就是层序遍历的时候把一层求个总和在取一个均值。

class Solution {
    public List averageOfLevels(TreeNode root) {
        //定义了一个名为averageOfLevels 的公共方法，该方法接受一个TreeNode类型的参数root，表示二叉树的根节点。
        //该方法的返回类型是List，表示二叉树每层节点值的平均值。

        //创建一个名为resList的列表，用于存储每层节点值的平均值。
        List resList = new ArrayList<>();
        //创建一个名为 que 的双端队列，用于进行层序遍历。
        Deque que = new LinkedList<>();

        if(root == null){
            return resList;
        }
        //将根节点入队。
        que.offerLast(root);
        //使用循环遍历队列中的节点，直到队列为空为止。
        while(!que.isEmpty()){
            //获取当前层的节点数levelSize，并使用内层循环遍历当前层的所有节点。
            int levelSize = que.size();
            double levelSum = 0.0;
            for(int i = 0; i < levelSize; i++){
                //从队列中弹出一个节点poll，并将其值加到当前层的和levelSum 中。
                TreeNode tmpNode = que.pollFirst();
                levelSum += tmpNode.val;
                //然后将其左右孩子节点依次入队。
                if(tmpNode.left != null) que.addLast(tmpNode.left);
                if(tmpNode.right != null) que.addLast(tmpNode.right);
        }
        resList.add(levelSum / levelSize);//计算当前层节点值的平均值，并将其添加到结果列表resList中。
    }
    return resList;//返回存储了每层节点值平均值的列表list。
    }
}

429.N叉树的层序遍历

给定一个 N 叉树，返回其节点值的层序遍历。 (即从左到右，逐层遍历)。

思路：这道题依旧是模板题，只不过一个节点有多个孩子了

515.在每个树行中找最大值

您需要在二叉树的每一行中找到最大的值。

思路：层序遍历，取每一层的最大值

116.填充每个节点的下一个右侧节点指针

给定一个完美二叉树，其所有叶子节点都在同一层，每个父节点都有两个子节点。二叉树定义如下：

struct Node {
  int val;
  Node *left;
  Node *right;
  Node *next;
}

填充它的每个 next 指针，让这个指针指向其下一个右侧节点。如果找不到下一个右侧节点，则将 next 指针设置为 NULL。

初始状态下，所有 next 指针都被设置为 NULL。

思路：本题依然是层序遍历，只不过在单层遍历的时候记录一下本层的头部节点，然后在遍历的时候让前一个节点指向本节点就可以了

117.填充每个节点的下一个右侧节点指针II

思路：这道题目说是二叉树，但116题目说是完整二叉树，其实没有任何差别，一样的代码一样的逻辑一样的味道

104.二叉树的最大深度

给定一个二叉树，找出其最大深度。

二叉树的深度为根节点到最远叶子节点的最长路径上的节点数。

说明: 叶子节点是指没有子节点的节点。

示例：给定二叉树 [3,9,20,null,null,15,7]，

 111.二叉树的最小深度

思路：相对于 104.二叉树的最大深度 ，本题还也可以使用层序遍历的方式来解决，思路是一样的。需要注意的是，只有当左右孩子都为空的时候，才说明遍历的最低点了。如果其中一个孩子为空则不是最低点

总结：

二叉树的层序遍历，就是图论中的广度优先搜索在二叉树中的应用，需要借助队列来实现（此时又发现队列的一个应用了）。

来吧，一口气打十个：

• 102.二叉树的层序遍历(opens new window)
• 107.二叉树的层次遍历II(opens new window)
• 199.二叉树的右视图(opens new window)
• 637.二叉树的层平均值(opens new window)
• 429.N叉树的层序遍历(opens new window)
• 515.在每个树行中找最大值(opens new window)
• 116.填充每个节点的下一个右侧节点指针(opens new window)
• 117.填充每个节点的下一个右侧节点指针II(opens new window)
• 104.二叉树的最大深度(opens new window)
• 111.二叉树的最小深度

 226.翻转二叉树

给你一棵二叉树的根节点 root ，翻转这棵二叉树，并返回其根节点。

题外话：这道题目是非常经典的题目，也是比较简单的题目（至少一看就会）。

但正是因为这道题太简单，一看就会，一些同学都没有抓住起本质，稀里糊涂的就把这道题目过了。 如果做过这道题的同学也建议认真看完，相信一定有所收获！

注意只要把每一个节点的左右孩子翻转一下，就可以达到整体翻转的效果

这道题目使用前序遍历和后序遍历都可以，唯独中序遍历不方便，因为中序遍历会把某些节点的左右孩子翻转了两次！建议拿纸画一画，就理解了

那么层序遍历可以不可以呢？依然可以的！只要把每一个节点的左右孩子翻转一下的遍历方式都是可以的！

递归法：

class Solution {
    //递归法
/** 前后序遍历都可以
  * 中序不行，因为先左孩子交换孩子，再根交换孩子（做完后，右孩子已经变成了原来的左孩子），
    再右孩子交换孩子（此时其实是对原来的左孩子做交换）
*/
    public TreeNode invertTree(TreeNode root) {
        if (root == null) {//递归终止条件
            return root;
        }
        //递归地对当前节点的左右子树进行反转，即先对左子树进行反转，再对右子树进行反转。
        invertTree(root.left);
        invertTree(root.right);
        swapChildren(root); //调用swapChildren 方法交换当前节点的左右子节点。

        return root;//返回反转后的二叉树的根节点。
    } 
    //定义了一个私有方法swapChildren，用于交换节点的左右子节点。
    //这个方法接受一个节点root，将其左右子节点进行交换
    private void swapChildren(TreeNode root){
        TreeNode tmp = root.left;
        root.left = root.right;
        root.right = tmp;
    }
}