java二叉樹的幾種遍歷遞歸與非遞歸實現(xiàn)代碼

更新時間：2020年12月04日 18:45:44 作者：zlp1992

這篇文章主要介紹了java二叉樹的幾種遍歷遞歸與非遞歸實現(xiàn)代碼,需要的朋友可以參考下

前序（先序）遍歷
中序遍歷
后續(xù)遍歷
層序遍歷

如圖二叉樹：

二叉樹結(jié)點結(jié)構(gòu)

public class TreeNode {
  int val;
  TreeNode left;
  TreeNode right;
  TreeNode(int x){
    val=x;
  }
  @Override
  public String toString(){
    return "val: "+val;
  }
}

訪問函數(shù)

  public void visit(TreeNode node){
    System.out.print(node.val+" ");
  }

前序遍歷

對于圖中二叉樹而言其前序遍歷結(jié)果為：6 2 0 1 4 5 8 9
二叉樹的前序遍歷即先遍歷根結(jié)點再遍歷左結(jié)點最后遍歷右結(jié)點，使用遞歸如下：

  /**
   * 遞歸先序遍歷
   * */
  public void preOrderRecursion(TreeNode node){
    if(node==null) //如果結(jié)點為空則返回
      return;
    visit(node);//訪問根節(jié)點
    preOrderRecursion(node.left);//訪問左孩子
    preOrderRecursion(node.right);//訪問右孩子
  }

非遞歸：

利用棧來實現(xiàn)二叉樹的先序非遞歸遍歷

  /**
   * 非遞歸先序遍歷二叉樹
   * */
  public List<Integer> preorderTraversal(TreeNode root) {
    List<Integer> resultList=new ArrayList<>();
    Stack<TreeNode> treeStack=new Stack<>();
    if(root==null) //如果為空樹則返回
      return resultList;
    treeStack.push(root);
    while(!treeStack.isEmpty()){
      TreeNode tempNode=treeStack.pop(); 
      if(tempNode!=null){
        resultList.add(tempNode.val);//訪問根節(jié)點
        treeStack.push(tempNode.right); //入棧右孩子
        treeStack.push(tempNode.left);//入棧左孩子
      }
    }
    return resultList;
  }

更新：評論里有人說不理解非遞歸的先序遍歷，其實你舉個例子，然后畫個圖就可以理解了，以上圖中的二叉樹為例，先將6入棧，此時List為空，Stack只有一個元素6，進入while循環(huán)，彈出棧頂加入List，將6的右孩子和左孩子入棧，此時Stack從棧底到棧頂元素為8,2，List元素為6，由于棧不為空，進入while循環(huán)，彈出棧頂2,將2加入List,同時將2的右孩子和左孩子分別入棧，此時Stack從棧底到棧頂?shù)脑貫?,4,0, List的元素為6,2，由于棧不為空再次進入while循環(huán)…依次下去，彈出0加入List，入棧1,null，此時Stack從棧底到棧頂為8,4,1,null，List為6,2,0，彈出null為空繼續(xù)彈出1，如此下去就可以了…

中序遍歷

對于二叉樹的中序遍歷，即先訪問左結(jié)點再訪問根節(jié)點最后訪問右結(jié)點

遞歸方法如下：

  /**
   * 遞歸中序遍歷
   * */
  public void preOrderRecursion(TreeNode node){
    if(node==null) //如果結(jié)點為空則返回
      return;
    preOrderRecursion(node.left);//訪問左孩子
    visit(node);//訪問根節(jié)點
    preOrderRecursion(node.right);//訪問右孩子
  }

非遞歸：

在上圖中的二叉樹，其中序遍歷為：0 1 2 4 5 6 8 9
可以看到，二叉樹的中序遍歷如下：
先將根節(jié)點入棧，
一直往其左孩子走下去，將左孩子入棧，直到該結(jié)點沒有左孩子，則訪問這個結(jié)點，如果這個結(jié)點有右孩子，則將其右孩子入棧，重復(fù)找左孩子的動作，這里有個要判斷結(jié)點是不是已經(jīng)被訪問的問題。
非遞歸中序遍歷（效率有點低），使用map（用set貌似更合理）來判斷結(jié)點是否已經(jīng)被訪問

  /**
   * 非遞歸中序遍歷
   * */
  public List<Integer> inorderTraversalNonCur(TreeNode root) {
    List<Integer> visitedList=new ArrayList<>();
    Map<TreeNode,Integer> visitedNodeMap=new HashMap<>();//保存已訪問的節(jié)點
    Stack<TreeNode> toBeVisitedNodes=new Stack<>();//待訪問的節(jié)點
    if(root==null)
      return visitedList;
    toBeVisitedNodes.push(root);
    while(!toBeVisitedNodes.isEmpty()){
      TreeNode tempNode=toBeVisitedNodes.peek(); //注意這里是peek而不是pop
      while(tempNode.left!=null){ //如果該節(jié)點的左節(jié)點還未被訪問，則需先訪問其左節(jié)點
        if(visitedNodeMap.get(tempNode.left)!=null) //該節(jié)點已經(jīng)被訪問（不存在某個節(jié)點已被訪問但其左節(jié)點還未被訪問的情況）
          break;
        toBeVisitedNodes.push(tempNode.left);
        tempNode=tempNode.left;
      }
      tempNode=toBeVisitedNodes.pop();//訪問節(jié)點
      visitedList.add(tempNode.val);
      visitedNodeMap.put(tempNode, 1);//將節(jié)點加入已訪問map
      if(tempNode.right!=null) //將右結(jié)點入棧
        toBeVisitedNodes.push(tempNode.right);
    }
    return visitedList;
  }

Discuss中有人給出更簡潔的方法

public List<Integer> inorderTraversal(TreeNode root) {
  List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();

  Stack<TreeNode> stack = new Stack<TreeNode>();
  TreeNode cur = root;

  while(cur!=null || !stack.empty()){
    while(cur!=null){
      stack.add(cur);
      cur = cur.left;
    }
    cur = stack.pop();
    list.add(cur.val);
    cur = cur.right;
  }

  return list;
}

后序遍歷

遞歸代碼就不貼了

如果之前的非遞歸中序遍歷使用map的方法理解后，后序遍歷的話我們也可以使用一個map來保存那些已經(jīng)被訪問的結(jié)點，后序遍歷即先訪問左孩子再訪問右孩子最后訪問根結(jié)點。
非遞歸代碼：

  /**
   * 非遞歸后序遍歷
   * */
  public List<Integer> postOrderNonCur(TreeNode root){
    List<Integer> resultList=new ArrayList<>();
    if(root==null)
      return resultList;
    Map<TreeNode,Integer> visitedMap=new HashMap<>();
    Stack<TreeNode> toBeVisitedStack=new Stack<>();
    toBeVisitedStack.push(root);
    while(!toBeVisitedStack.isEmpty()){
      TreeNode tempNode=toBeVisitedStack.peek(); //注意這里是peek而不是pop
      if(tempNode.left==null && tempNode.right==null){ //如果沒有左右孩子則訪問
        resultList.add(tempNode.val);
        visitedMap.put(tempNode, 1);
        toBeVisitedStack.pop();
        continue;
      }else if(!((tempNode.left!=null&&visitedMap.get(tempNode.left)==null )|| (tempNode.right!=null && visitedMap.get(tempNode.right)==null))){
        //如果節(jié)點的左右孩子均已被訪問      
        resultList.add(tempNode.val);
        toBeVisitedStack.pop();
        visitedMap.put(tempNode, 1);
        continue;
      }
      if(tempNode.left!=null){
        while(tempNode.left!=null && visitedMap.get(tempNode.left)==null){//左孩子沒有被訪問
          toBeVisitedStack.push(tempNode.left);
          tempNode=tempNode.left;
        }
      }
      if(tempNode.right!=null){
        if(visitedMap.get(tempNode.right)==null){//右孩子沒有被訪問
          toBeVisitedStack.push(tempNode.right);
        }        
      }
    }
    return resultList;
  }

Discuss中有人給出了一個”巧“的方法，即先采用類似先序遍歷，先遍歷根結(jié)點再右孩子最后左孩子（先序是先根結(jié)點再左孩子最后右孩子），最后把遍歷的序列逆轉(zhuǎn)即得到了后序遍歷

public List<Integer> postorderTraversal(TreeNode root) {
  Deque<TreeNode> stack = new LinkedList<>();
  stack.push(root);
  List<Integer> ret = new ArrayList<>();
  while (!stack.isEmpty()) {
    TreeNode node = stack.pop();
    if (node != null) {
      ret.add(node.val);
      stack.push(node.left);
      stack.push(node.right);
    }
  }
  Collections.reverse(ret);
  return ret;
}

層序遍歷

層序遍歷也即寬度優(yōu)先搜索，一層一層搜索，非遞歸代碼如下：

  public List<List<Integer>> levelOrder(TreeNode root) {
    List<List<Integer>> resultList=new ArrayList<>();
    int levelNum=0;//記錄某層具有多少個節(jié)點
    Queue<TreeNode> treeQueue=new LinkedList<>();
    treeQueue.add(root);
    while(!treeQueue.isEmpty()){
      levelNum=treeQueue.size();
      List<Integer> levelList=new ArrayList<>();
      while(levelNum>0){
        TreeNode tempNode=treeQueue.poll();
        if(tempNode!=null){
          levelList.add(tempNode.val);
          treeQueue.add(tempNode.left); 
          treeQueue.add(tempNode.right);
        }
        levelNum--;
      }
      if(levelList.size()>0) 
        resultList.add(levelList);
    }
    return resultList;    
  }

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