二叉树的前中后序遍历(迭代法)( 含leetcode上三道【前中后序】遍历题目)

发布于:2024-09-19 ⋅ 阅读:(126) ⋅ 点赞:(0)

为什么可以用迭代法(非递归的方式)来实现二叉树的前后中序遍历呢?

在队列与栈专题我们就感受到了,匹配问题都是栈的强项,而递归的实现就是:每一次递归调用都会把函数的局部变量、参数值和返回地址等压入调用栈中,然后递归返回的时候,从栈顶弹出上一次递归的各项参数,这就是递归为什么可以返回上一层位置的原因

此时大家应该知道我们用栈也可以是实现二叉树的前后中序遍历了。

前序遍历(迭代法)

我们先看一下前序遍历。

前序遍历是中左右,每次先处理的是中间节点,那么先将根节点放入栈中,然后将右孩子加入栈,再加入左孩子。

为什么要先加入 右孩子,再加入左孩子呢? 因为这样出栈的时候才是中左右的顺序。

不难写出如下Go代码: (注意代码中空节点不入栈)

144. 二叉树的前序遍历

/**
 * Definition for a binary tree node.
 * type TreeNode struct {
 *     Val int
 *     Left *TreeNode
 *     Right *TreeNode
 * }
 */
func preorderTraversal(root *TreeNode) []int {
    if root == nil {
        return []int{}
    }

    res := make([]int,0)
    // 二叉树的遍历(迭代法)依赖栈来辅助完成
    stack := make([]*TreeNode,0)
    stack = append(stack,root)
    // 初始时根节点已经入栈,后续栈不为空就可以一直遍历
    for len(stack) != 0 {
        // 栈弹出一个元素加入结果中
        curNode := stack[len(stack) - 1]
        stack = stack[0:len(stack) - 1]
        res = append(res,curNode.Val)
        // 先让右节点入栈,后让左节点入栈,这样出栈才会符合根左右
        if curNode.Right != nil {
            stack = append(stack,curNode.Right)
        }

        if curNode.Left != nil {
            stack = append(stack,curNode.Left)
        }

    }

    return res
}

在这里插入图片描述

此时会发现貌似使用迭代法写出前序遍历并不难,确实不难。

此时是不是想改一点前序遍历代码顺序就把中序遍历搞出来了?

其实还真不行!

但接下来,再用迭代法写中序遍历的时候,会发现套路又不一样了,目前的前序遍历的逻辑无法直接应用到中序遍历上。

中序遍历(迭代法)

为了解释清楚,我说明一下 刚刚在迭代的过程中,其实我们有两个操作:

  • 处理:将元素放进res数组中
  • 访问:遍历节点

分析一下为什么刚刚写的前序遍历的代码,不能和中序遍历通用呢,因为前序遍历的顺序是中左右,先访问的元素是中间节点,要处理的元素也是中间节点,所以刚刚才能写出相对简洁的代码,因为要访问的元素和要处理的元素顺序是一致的,都是中间节点。

那么再看看中序遍历,中序遍历是左中右,先访问的是二叉树顶部的节点,然后一层一层向下访问,直到到达树左面的最底部,再开始处理节点(也就是再把节点的数值放进res数组中),这就造成了处理顺序和访问顺序是不一致的。

那么在使用迭代法写中序遍历,就需要借用指针的遍历来帮助访问节点,当前指针向左边走到头的时候,说明左边遍历到底了,可以从栈弹出一个元素,即【左中右】,左边到底,栈中弹出【中】访问,而后遍历【右】,但是【右】又是一颗子树,继续往左走到头才行。

中序遍历,可以写出如下Go代码:

注意体会下面注释中的【遍历】和【访问】的区别

94. 二叉树的中序遍历

/**
 * Definition for a binary tree node.
 * type TreeNode struct {
 *     Val int
 *     Left *TreeNode
 *     Right *TreeNode
 * }
 */
func inorderTraversal(root *TreeNode) []int {
    if root == nil {
        return []int{}
    }

    res := make([]int,0)
    stack := make([]*TreeNode,0)
    cur := root
    
    // 注意体会下面注释中的【遍历】和【访问】的区别
    for cur != nil || len(stack) != 0 {
        // 当前节点不为nil,说明左边没有走到头,继续往左遍历
        if cur != nil {
            stack = append(stack,cur)
            cur = cur.Left
        } else { // 当前节点为空还能来到这里,说明栈非空,栈顶就是当前要访问的元素
            cur = stack[len(stack) - 1]
            stack = stack[0:len(stack) - 1]
            // 当前访问的元素放入结果
            res = append(res,cur.Val)
            // 当前节点左边遍历完,当前节点也访问过了,即左中以完成,接下来访问当前节点的右子树
            cur = cur.Right
        }
    }
    
    return res
}

在这里插入图片描述

后序遍历(迭代法)

再来看后序遍历,先序遍历是中左右,后序遍历是左右中,那么我们只需要调整一下先序遍历的代码顺序,就变成中右左的遍历顺序,然后在反转res数组,输出的结果顺序就是左右中了,如下图:
在这里插入图片描述

所以后序遍历只需要前序遍历的代码稍作修改就可以了,代码如下:

145. 二叉树的后序遍历

/**
 * Definition for a binary tree node.
 * type TreeNode struct {
 *     Val int
 *     Left *TreeNode
 *     Right *TreeNode
 * }
 */
func postorderTraversal(root *TreeNode) []int {
    if root == nil {
        return []int{}
    }

    res := make([]int,0)
    stack := make([]*TreeNode,0)
    stack = append(stack,root)
    for len(stack) != 0 {
        cur := stack[len(stack) - 1]
        stack = stack[0:len(stack) - 1]
        res = append(res,cur.Val)

        if cur.Left != nil {
            stack = append(stack,cur.Left)
        }
        if cur.Right != nil {
            stack = append(stack,cur.Right)
        }
    }

   // 反转遍历的结果
    reverse(res)

    return res
}

func reverse(arr []int) {

    i,j := 0,len(arr) - 1
    for i < j {
        arr[i],arr[j] = arr[j],arr[i]
        i++
        j--
    }

    return
}

在这里插入图片描述

总结

此时我们用迭代法写出了二叉树的前后中序遍历,大家可以看出前序和中序是完全两种代码风格,并不像递归写法那样代码稍做调整,就可以实现前后中序。

这是因为前序遍历中访问节点(遍历节点)和处理节点(将元素放进res数组中)可以同步处理,但是中序就无法做到同步!

上面这句话,可能一些同学不太理解,建议自己亲手用迭代法,先写出来前序,再试试能不能写出中序,就能理解了。


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