递归算法虽然简洁,但一般而言,其执行效率不高。因此,有时候要把递归算法转化为非递归算法。
先序遍历非递归算法
由先序遍历过程可知,先访问根节点,再访问左子树,最后访问右子树。因此,先将根节点进栈,在栈不空时循环如下:p出栈,访问*p结点,若右孩子不空将该右孩子结点进栈,若左孩子不空再将左孩子结点进栈。对应算法如下:
template <typename T>
void PreOrder(BTNode<T> * root) {
BTNode<T> * St[MAX], *p;
int top = -1;
if (root != NULL) {
top++;
St[top] = root;
while (top > -1) {
p = St[top];
top--;
cout << p->data << " ";
if (p->rchild != NULL) {
top++;
St[top] = p->rchild;
}
if (p->lchild != NULL) {
top++;
St[top] = p->lchild;
}
}
cout << endl;
}
}
中序遍历非递归算法
由中序遍历的过程可知,中序序列的开始结点是一棵二叉树的最左下结点,其基本思路是先找到二叉树的开始结点,访问它,在处理其右子树。由于二叉树链中指针的链接是单向的,因此采用一个栈保存需要返回的结点指针。其算法过程是:用指针指向当前要处理的结点。先扫描(并非访问)根结点的所有左结点并将他们一一进栈,当无左结点时表示栈顶结点无左子树,然后出栈这个结点,并访问它,将p指向刚出栈结点的右孩子,对右孩子进行同样的处理。需要注意的是,当结点*p的所有左下结点进栈后,这时的栈顶结点要么没有左子树要么其左子树已经访问过,就可以访问这个栈顶结点。如此这样,直到栈空为止。对应的算法如下:
template<typename T>
void InOrder(BTNode<T> * root) {
BTNode<T> *St[MAX], *p;
int top = -1;
if (root != NULL) {
p = root;
while (top > -1 || p != NULL) { //处理*root结点的左子树
while (p != NULL) { //扫描*p的所有左结点并进栈
top++;
St[top] = p;
p = p->lchild;
}
//执行到此处,栈顶元素没有左孩子或左孩子树均已访问过
if (top > -1) {
p = St[top]; //出栈*p结点
top--;
cout << p->data << " "; //访问数据
p = p->rchild; //转向处理*p的右孩子结点
}
}
cout << endl;
}
}
后序遍历非递归算法
在后序遍历中,对于每个结点,先访问其左子树,然后访问右子树,最后才是该结点本身。与中序遍历情况类似,后序遍历中第一个访问的结点是二叉树的最左下结点。由于首先访问结点的左右子树,而后才访问结点本身,所以必须告知地点,其左右子树是否访问过。
采用一个栈保存需要返回的结点指针,先扫描根结点的所有左结点并一一进栈,出栈一个结点*root作为当前结点,然后扫描该结点的右子树。当一个结点的左右孩子结点均访问后再访问该结点,如此循环直到栈空为止。
其中的难点是如何判断一个结点*root的右子树已访问过(实际上当root结点的右孩子结点已访问过的话,则其右子树就已访问过),为此用p保存刚刚访问过的结点(初值为NULL),若root->rchild == p成立(在后序遍历中,root的右孩子结点一定刚好在root之前访问过),说明*root的左右子树均已访问,现在应访问*root。
从上述过程可知,栈中保存的是当前结点*root的所有祖先结点(均未被访问过)。对应的算法如下:
template<typename T>
void PostOrder(BTNode<T> * root) {
BTNode<T> *St[MAX], *p;
int top = -1, flag;
if (root != NULL) {
do {
while (root != NULL) { //将*root所有左结点入栈
top++;
St[top] = root;
root = root->lchild;
}
p = NULL; //p指向当前结点的前一个已访问的结点
flag = 1;
while (top != -1 && flag) {
root = St[top]; //取出当前的栈顶元素
if (root->rchild == p) {
cout << root->data << " ";
top--;
p = root; //指向被访问的结点
} else {
root = root->rchild;
flag = 0;
}
}
} while (top != -1);
cout << endl;
}
}
层序遍历算法
在进行层序遍历时,对某一层的结点访问完后,再按照他们的访问次序对各个结点的左孩子和右孩子顺序访问,这样一层一层进行,先访问的结点其左右孩子也要先访问,这与队列的操作原则比较吻合。因此,在进行层序遍历时可设置一个队列存放已访问的结点。遍历从二叉树的根结点开始,首先将根指针入队,然后从队头取出一个元素,每取一个元素,执行下面的操作:
访问该结点;
若该结点的左右孩子非空,则将其左孩子和右孩子指针入队;
此过程不断进行,当队列为空时,二叉树的层次遍历结束。
template<typename T>
void LeverOrder(BTNode<T> * root) {
int front;
int rear = 0;
BTNode<T> * Q[MAX];
BTNode<T> * q;
if (root == NULL) {
return;
} else {
Q[rear++] = root;
while (front != rear) {
q = Q[front++];
cout << q->data << " ";
if (q->lchild != NULL) Q[rear++] = q->lchild;
if (q->rchild != NULL) Q[rear++] = q->rchild;
}
}
}