二叉树遍历的迭代版算法

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二叉树遍历用递归实现是很简单的,虽然递归效率在O(N)看似很好了,但递归的函数调用开销大,导致算法常数太大。所以这里我们介绍迭代的方法来实现二叉树遍历。

掌握二叉树遍历的迭代算法有什么意义呢?

  • 迭代比递归效率高
  • 可以帮助我们更好的理解二叉树

迭代版先序遍历1(尾递归)

迭代版先序遍历2

迭代版中序遍历1(引入辅助栈)

这里我们引入了一个辅助栈用于做回溯,回溯的时候要注意不要重复访问导致死循环。回溯避免重复访问主要办法是:留下“脚印”标记,每次访问都检查是否有标记。

而对于二叉树遍历,我们有更特殊简便的方法,无需留下额外标记:由于我们是沿左侧遍历的,那么从栈中pop出的元素不要再走左边了。既然pop出的元素不能再遍历左子树,为了保证算法是正确的,我们要引入一个限制,即[不变量1]:栈顶节点的左子树已经遍历过了,无需再访问。

# -*- coding:utf-8 -*-
class TreeNode:
    def __init__(self, x):
        self.val = x
        self.left = None
        self.right = None

class Solution:
    def inorder_traverse(self, root: TreeNode):
        # t是迭代变量,stack是辅助栈
        # 不变量1:栈顶元素的左子树无需遍历(没有左子树或左子树已经遍历过)
        # 不变量2:t的左子树无需遍历
        stack = []
        t = root
        while True:
            # [不变量2]不满足
            # [不变量1]满足
            while t is not None:
                stack.append(t)
                t = t.left
            # [不变量1]满足
            # [不变量2]满足,此时t一定为None
            if len(stack) == 0:
                break
            t = stack[-1]
            del stack[-1]
            # [不变量2]满足,此时t是栈顶取出的,肯定满足
            # 由于[不变量2]满足,中序遍历,接下来我们遍历该节点,然后转向右子树
            print(t.val)
            t = t.right  # t.right是完全没遍历过的子树,这是原问题的一个[子问题]
            # [不变量2]不满足
        

def main():
    t = TreeNode(1)
    t.left = TreeNode(2)
    t.right = TreeNode(3)
    t.left.left = TreeNode(4)
    t.left.right = TreeNode(5)
    t.right.left = TreeNode(6)
    t.right.right = TreeNode(7)

    s = Solution()
    s.inorder_traverse(t)

if __name__ == '__main__':
    main()

迭代版中序遍历2(无需辅助栈)

引入辅助栈需要额外O(N)的空间,这里介绍一个无需引入栈的算法,只要额外引入O(1)的空间。

迭代版后序遍历

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