力扣---剑指 Offer 36. 二叉搜索树与双向链表

输入一棵二叉搜索树，将该二叉搜索树转换成一个排序的循环双向链表。要求不能创建任何新的节点，只能调整树中节点指针的指向。

为了让您更好地理解问题，以下面的二叉搜索树为例：

我们希望将这个二叉搜索树转化为双向循环链表。链表中的每个节点都有一个前驱和后继指针。对于双向循环链表，第一个节点的前驱是最后一个节点，最后一个节点的后继是第一个节点。

下图展示了上面的二叉搜索树转化成的链表。“head” 表示指向链表中有最小元素的节点。

特别地，我们希望可以就地完成转换操作。当转化完成以后，树中节点的左指针需要指向前驱，树中节点的右指针需要指向后继。还需要返回链表中的第一个节点的指针。

注意：本题与主站 426 题相同：https://leetcode-cn.com/problems/convert-binary-search-tree-to-sorted-doubly-linked-list/

注意：此题对比原题有改动。

来源：力扣（LeetCode）
链接：https://leetcode.cn/problems/er-cha-sou-suo-shu-yu-shuang-xiang-lian-biao-lcof
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两种方法。

1. 由于题目只要求了不能新建节点，所以我们可以直接利用一个list数组来存储所有节点，然后进行排，之后再遍历 list 中的所有元素，并对其进行连接操作。

2. 利用题目给的二叉搜索树的信息（中序遍历时，元素是从小到大），根据二叉搜索树的特点，可以直接将所有元素存入 list 中（此时list中的元素必定是非递减），然后和第一个方法相同操作。对比第一个方法，省略了排序的步骤。

1：

// 题目要求不能新建节点，但没说不能用额外空间存储。
// 因此，思路就来了，即：利用 list 数组来存储所有的节点，然后对list进行排序，排序规则是val从小到大。
// 接着，再遍历 list，将第i 个元素的左节点指向第 i - 1 个元素，右节点指向第 i+ 1 个元素。
// 最后再对开头和结尾进行连接操作，然后返回list第一个元素即可。
/*
// Definition for a Node.
class Node {
    public int val;
    public Node left;
    public Node right;

    public Node() {}

    public Node(int _val) {
        val = _val;
    }

    public Node(int _val,Node _left,Node _right) {
        val = _val;
        left = _left;
        right = _right;
    }
};
*/
class Solution {
    public Node treeToDoublyList(Node root) {
        // 节点为 null
        if (root == null) {
            return root;
        }
        // 节点个数为 1
        if (root.left == null && root.right == null) {
            root.left = root;
            root.right = root;
            return root;
        }
        List<Node> list = new ArrayList<>();
        // 深度优先遍历，将所有节点存入 list 中。
        dfs(root, list);
        // 排序
        list.sort((a, b) -> (a.val - b.val));
        // 对list中所有元素进行连接操作。
        int len = list.size() - 1;
        for (int i = 1; i < len; i ++) {
            list.get(i).left = list.get(i - 1);
            list.get(i).right = list.get(i + 1);
        }
        list.get(0).left = list.get(len);
        list.get(0).right = list.get(1);
        list.get(len).left = list.get(list.size() - 2);
        list.get(len).right = list.get(0);
        return list.get(0);
    }
    // 深度优先遍历，将所有的非 null 节点存入 list 中。
    private void dfs(Node root, List<Node> list) {
        if (root == null) {
            return;
        }
        list.add(root);
        dfs(root.left, list);
        dfs(root.right, list);
    }
}

 2：

// 题目要求不能新建节点，但没说不能用额外空间存储。
// 因此，思路就来了，即：利用 list 数组来存储所有的节点，然后对list进行排序，排序规则是val从小到大。
// 接着，再遍历 list，将第i 个元素的左节点指向第 i - 1 个元素，右节点指向第 i+ 1 个元素。
// 最后再对开头和结尾进行连接操作，然后返回list第一个元素即可。
/*
// Definition for a Node.
class Node {
    public int val;
    public Node left;
    public Node right;

    public Node() {}

    public Node(int _val) {
        val = _val;
    }

    public Node(int _val,Node _left,Node _right) {
        val = _val;
        left = _left;
        right = _right;
    }
};
*/
class Solution {
    public Node treeToDoublyList(Node root) {
        // 节点为 null
        if (root == null) {
            return root;
        }
        // 节点个数为 1
        if (root.left == null && root.right == null) {
            root.left = root;
            root.right = root;
            return root;
        }
        List<Node> list = new ArrayList<>();
        // 深度优先遍历，将所有节点存入 list 中。
        dfs(root, list);
        // 排序
        // list.sort((a, b) -> (a.val - b.val));
        // 对list中所有元素进行连接操作。
        int len = list.size() - 1;
        for (int i = 1; i < len; i ++) {
            list.get(i).left = list.get(i - 1);
            list.get(i).right = list.get(i + 1);
        }
        list.get(0).left = list.get(len);
        list.get(0).right = list.get(1);
        list.get(len).left = list.get(list.size() - 2);
        list.get(len).right = list.get(0);
        return list.get(0);
    }
    // 深度优先遍历，将所有的非 null 节点存入 list 中。
    // 中序遍历。
    private void dfs(Node root, List<Node> list) {
        if (root == null) {
            return;
        }
        dfs(root.left, list);
        list.add(root);
        dfs(root.right, list);
    }
}