二叉树遍历的几种方式

二叉树遍历方法解释:

  • 前序遍历(Pre-order Traversal)
    访问顺序:根节点 -> 左子树 -> 右子树
  • 中序遍历(In-order Traversal)
    访问顺序:左子树 -> 根节点 -> 右子树
  • 后序遍历(Post-order Traversal)
    访问顺序:左子树 -> 右子树 -> 根节点

代码实现

1.递归

class Solution {
    public List<Integer> preorderTraversal(TreeNode root) {
        List<Integer> result = new ArrayList<>();
        preorderHelper(root, result);
        return result;
    }

    private void preorderHelper(TreeNode node, List<Integer> result) {
        if (node == null) {
            return;
        }
        result.add(node.val); // 访问根节点
        preorderHelper(node.left, result); // 遍历左子树
        preorderHelper(node.right, result); // 遍历右子树
    }

    public List<Integer> inorderTraversal(TreeNode root) {
        List<Integer> result = new ArrayList<>();
        inorderHelper(root, result);
        return result;
    }

    private void inorderHelper(TreeNode node, List<Integer> result) {
        if (node == null) {
            return;
        }
        inorderHelper(node.left, result); // 遍历左子树
        result.add(node.val); // 访问根节点
        inorderHelper(node.right, result); // 遍历右子树
    }

    public List<Integer> postorderTraversal(TreeNode root) {
        List<Integer> result = new ArrayList<>();
        postorderHelper(root, result);
        return result;
    }

    private void postorderHelper(TreeNode node, List<Integer> result) {
        if (node == null) {
            return;
        }
        postorderHelper(node.left, result); // 遍历左子树
        postorderHelper(node.right, result); // 遍历右子树
        result.add(node.val); // 访问根节点
    }
}

2.使用数据结构-栈

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Stack;

class Solution {
    public List<Integer> preorderTraversal(TreeNode root) {
        List<Integer> result = new ArrayList<>();
        if (root == null) {
            return result;
        }
        Stack<TreeNode> stack = new Stack<>();
        stack.push(root);
        while (!stack.isEmpty()) {
            TreeNode node = stack.pop();
            result.add(node.val); // 访问根节点
            if (node.right != null) {
                stack.push(node.right); // 右子节点先入栈
            }
            if (node.left != null) {
                stack.push(node.left); // 左子节点后入栈
            }
        }
        return result;
    }

    public List<Integer> inorderTraversal(TreeNode root) {
        List<Integer> result = new ArrayList<>();
        if (root == null) {
            return result;
        }
        Stack<TreeNode> stack = new Stack<>();
        TreeNode cur = root;
        while (cur != null || !stack.isEmpty()) {
            while (cur != null) {
                stack.push(cur);
                cur = cur.left; // 遍历左子树
            }
            cur = stack.pop();
            result.add(cur.val); // 访问根节点
            cur = cur.right; // 遍历右子树
        }
        return result;
    }

    public List<Integer> postorderTraversal(TreeNode root) {
        List<Integer> result = new ArrayList<>();
        if (root == null) {
            return result;
        }
        Stack<TreeNode> stack = new Stack<>();
        Stack<TreeNode> output = new Stack<>();
        stack.push(root);
        while (!stack.isEmpty()) {
            TreeNode node = stack.pop();
            output.push(node); // 将节点压入输出栈
            if (node.left != null) {
                stack.push(node.left); // 左子节点先入栈
            }
            if (node.right != null) {
                stack.push(node.right); // 右子节点后入栈
            }
        }
        while (!output.isEmpty()) {
            result.add(output.pop().val); // 从输出栈弹出节点并访问
        }
        return result;
    }
}

3.使用Morris遍历算法

class TreeNode {
    int val;
    TreeNode left;
    TreeNode right;
    TreeNode(int x) { val = x; }
}

public class MorrisTraversal {
    public void inorderTraversal(TreeNode root) {
        TreeNode current = root;
        while (current != null) {
            if (current.left == null) {
                // 访问当前节点
                System.out.print(current.val + " ");
                current = current.right;
            } else {
                // 找到当前节点左子树的最右节点
                TreeNode pre = current.left;
                while (pre.right != null && pre.right != current) {
                    pre = pre.right;
                }
                if (pre.right == null) {
                    // 建立线索
                    pre.right = current;
                    current = current.left;
                } else {
                    // 恢复树结构
                    pre.right = null;
                    // 访问当前节点
                    System.out.print(current.val + " ");
                    current = current.right;
                }
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        TreeNode root = new TreeNode(1);
        root.right = new TreeNode(2);
        root.right.left = new TreeNode(3);

        MorrisTraversal morris = new MorrisTraversal();
        morris.inorderTraversal(root); // 输出: 1 3 2
    }
}

总结

递归:简单直观,适用于所有遍历方式,但使用额外的递归栈空间。
栈:使用显式栈来模拟递归过程,适用于所有遍历方式。
Morris遍历:不使用额外空间,适用于中序遍历,但会修改树的结构并在遍历结束后恢复。
选择哪种方法取决于具体的需求和约束条件。

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