关于二叉树的定义,以及什么是二叉树的三种遍历(先序遍历,中序遍历,后序遍历),不是本文关注的重点,请自行查阅相关资料。本文的重点是如何用递归和迭代分别实现二叉树的三种遍历。
leetcode上有三道题分别求三种遍历结果:Binary Tree Preorder Traversal 、Binary Tree Inorder Traversal 、 Binary Tree Postorder Traversal
递归
递归解法不用多说,只需在递归部分的不同位置将节点value置入数组即可:
/**
* Definition for a binary tree node.
* function TreeNode(val) {
* this.val = val;
* this.left = this.right = null;
* }
*/
/**
* @param {TreeNode} root
* @return {number[]}
*/
function dfs(root, ans) {
if (!root) return;
// 先序
// ans.push(root.val);
dfs(root.left, ans);
// 中序
// ans.push(root.val);
dfs(root.right, ans);
// 后序
// ans.push(root.val);
}
var preorderTraversal = function(root) {
var ans = [];
dfs(root, ans);
return ans;
};
迭代
难点是迭代。
如果把二叉树看做图,那么二叉树的遍历其实就是图的深度优先遍历,而图的深度优先遍历能用手动模拟栈来解,那么二叉树的遍历也是可以的。
用栈模拟图的深度优先遍历,每次把父亲节点的儿子节点的一个入栈,并删除该儿子节点
当父亲节点的所有儿子节点都被删除时,父亲节点出栈
我们以下面一棵二叉树举例:
1
/ \
2 5
/ \
3 4
如何用栈模拟遍历该二叉树?我们用 stack
数组模拟栈。
- 将root入栈。此时
stack = [1]
- 遍历root的子节点,将左子节点入栈。
stack = [1, 2]
- 此时栈顶元素为
2
,开始遍历它的子节点。左子节点为3
, 入栈。stack = [1, 2, 3]
- 此时栈顶元素为
3
,它没有子节点,将它出栈。stack = [1, 2]
- 此时栈顶元素为
2
,遍历它的子节点。左子节点已经被遍历,于是右子节点,入栈。stack = [1, 2, 4]
- 此时栈顶元素为
4
,和3
一样它也没有左右子节点,出栈。stack = [1, 2]
- 此时栈顶元素为
2
, 当父亲节点的所有儿子节点都被删除时,父亲节点出栈,于是它出栈。stack = [1]
- 此时栈顶元素为
1
,它的左子节点已经遍历,遍历右子节点,将5
入栈。stack = [1, 5]
- 此时栈顶元素为
5
, 它没有子节点,出栈。stack = [1]
- 此时栈顶元素为
1
, 它的子节点都被遍历过了,出栈。stack=[]
- 此时stack数组长度为0,迭代结束。
- 先序遍历
先序遍历只需按照如上的步骤模拟栈,在每次入栈的时候将节点的value值放入ans数组即可。
/**
* Definition for a binary tree node.
* function TreeNode(val) {
* this.val = val;
* this.left = this.right = null;
* }
*/
/**
* @param {TreeNode} root
* @return {number[]}
*/
var preorderTraversal = function(root) {
if (!root) return [];
var stack = [] // 栈模拟
, ans = [];
stack.push(root);
ans.push(root.val);
while (stack.length) {
var elem = stack[stack.length - 1];
if (elem.left) {
ans.push(elem.left.val);
stack.push(elem.left);
elem.left = null;
} else if (elem.right) {
ans.push(elem.right.val);
stack.push(elem.right);
elem.right = null;
} else
stack.pop();
}
return ans;
};
还有一种更简洁的代码写法,因为二叉树父节点最多就两个子节点,所以直接遍历两个节点,然后在栈中删除父节点即可。
/**
* Definition for a binary tree node.
* function TreeNode(val) {
* this.val = val;
* this.left = this.right = null;
* }
*/
/**
* @param {TreeNode} root
* @return {number[]}
*/
var preorderTraversal = function(root) {
if (!root) return [];
var stack = [] // 栈模拟
, ans = [];
stack.push(root);
while (stack.length) {
var elem = stack.pop();
ans.push(elem.val);
if (elem.right)
stack.push(elem.right);
if (elem.left)
stack.push(elem.left);
}
return ans;
};
- 后序遍历
和先序遍历略有不同的是,先序遍历是先遍历父节点,所以父节点的value值要在入栈的时候就放入ans数组,而后序遍历是最后遍历父节点,所以当父节点出栈时(此时左右子树都已经遍历完毕),把节点的value值放入ans数组即可:
var postorderTraversal = function(root) {
if (!root) return [];
var stack = [] // 栈模拟
, ans = [];
stack.push(root);
while (stack.length) {
var elem = stack[stack.length - 1];
if (elem.left) {
stack.push(elem.left);
elem.left = null;
} else if (elem.right) {
stack.push(elem.right);
elem.right = null;
} else {
var a = stack.pop();
ans.push(a.val);
}
}
return ans;
};
- 中序遍历
中序遍历是三大遍历里最复杂的。先序遍历是先遍历父节点,所以节点入栈时存储value值,后序遍历是最后遍历父节点,所以节点出栈时存储value值,中序遍历呢?
在leetcode中,中序遍历这题比先序和后序多了一个tag – hash table,而如何hash也正是本题难点。中序遍历是在父节点的左子树遍历完后,将父节点的value值存入ans数组的,那么如何判断左子树已经遍历完了呢?
比如下面这棵二叉树:
1
/ \
2 5
/ \
3 4
当遍历到 2
这个节点时,它有左节点,按照先序和后序遍历的做法,将左节点入栈,同时将 2
所在节点的left置为null,当节点 3
出栈后,判断 2
节点的左右子节点,这时发现左节点为null,说明已经遍历过了,于是 value=2
存入ans数组,然后 4
所在节点入栈,然后 4
再出栈,这时栈顶元素又是2,而这时再次判断左右子节点,发现左子节点为null,认为左子节点遍历过了,value=2
再次存入ans数组!看到这里,你或许有点眉目了,我们不能用置为null来表示节点已经遍历,而应该用正确的hash方式,这里我用 elem.left=1
表示elem的左节点已经被遍历过了,用 elem.left=0
表示elem节点所在的值已经存入ans数组了。
var inorderTraversal = function(root) {
if (!root) return [];
var stack = [], ans = [];
stack.push(root);
while (stack.length) {
var elem = stack[stack.length - 1];
if (elem.left === 1) {
elem.left = 0;
ans.push(elem.val);
} else if (elem.left) {
stack.push(elem.left);
elem.left = 1;
} else if (elem.left === null) {
elem.left = 1;
} else if (elem.right) {
stack.push(elem.right);
elem.right = null;
} else {
stack.pop();
}
}
return ans;
};