二叉树的遍历是二叉树操作中的一个基本且重要的概念,它指的是按照一定的规则访问二叉树中的每个节点,并且每个节点仅被访问一次。常见的二叉树遍历方式有四种:前序遍历(Pre-order Traversal)、中序遍历(In-order Traversal)、后序遍历(Post-order Traversal)和层序遍历(Level-order Traversal)。
1. 前序遍历(Pre-order Traversal)
前序遍历的顺序是:根节点 -> 左子树 -> 右子树。对于每个节点,都遵循这个顺序进行遍历。
- 递归实现:
void preorderTraversal(TreeNode root) { if (root == null) return; System.out.print(root.val + " "); // 访问根节点 preorderTraversal(root.left); // 遍历左子树 preorderTraversal(root.right); // 遍历右子树 }
- 非递归(迭代)实现(使用栈):
void preorderTraversalIterative(TreeNode root) { Stack<TreeNode> stack = new Stack<>(); if (root != null) stack.push(root); while (!stack.isEmpty()) { TreeNode node = stack.pop(); System.out.print(node.val + " "); // 访问节点 if (node.right != null) stack.push(node.right); // 先右后左保证左子树先遍历 if (node.left != null) stack.push(node.left); } }
2. 中序遍历(In-order Traversal)
中序遍历的顺序是:左子树 -> 根节点 -> 右子树。这常用于二叉搜索树(BST)中,因为这样可以得到一个有序的节点序列。
- 递归实现
void inorderTraversal(TreeNode root) { if (root == null) return; inorderTraversal(root.left); // 遍历左子树 System.out.print(root.val + " "); // 访问根节点 inorderTraversal(root.right); // 遍历右子树 }
- 非递归(迭代)实现(使用栈):
void inorderTraversalIterative(TreeNode root) { Stack<TreeNode> stack = new Stack<>(); TreeNode curr = root; while (curr != null || !stack.isEmpty()) { while (curr != null) { stack.push(curr); curr = curr.left; // 遍历到最左节点 } curr = stack.pop(); // 弹出栈顶元素 System.out.print(curr.val + " "); // 访问节点 curr = curr.right; // 转向右子树 } }
3. 后序遍历(Post-order Traversal)
后序遍历的顺序是:左子树 -> 右子树 -> 根节点。
- 递归实现:
void postorderTraversal(TreeNode root) { if (root == null) return; postorderTraversal(root.left); // 遍历左子树 postorderTraversal(root.right); // 遍历右子树 System.out.print(root.val + " "); // 访问根节点 }
- 非递归(迭代)实现(使用栈):
void postorderTraversalIterative(TreeNode root) { Stack<TreeNode> stack = new Stack<>(); TreeNode prev = null; // 用于记录上一次访问的节点 while (root != null || !stack.isEmpty()) { while (root != null) { stack.push(root); root = root.left; // 遍历到最左节点 } root = stack.peek(); // 弹出栈顶元素但不移除 // 如果右子树为空或者右子树已经访问过,则访问当前节点 if (root.right == null || root.right == prev) { stack.pop(); System.out.print(root.val + " "); // 访问节点 prev = root; root = null; // 回到上层循环,检查是否有其他节点需要访问 } else { root = root.right; // 否则,转向右子树 } } }
4. 层序遍历
-
非递归(迭代)实现(使用队列)
import java.util.LinkedList; import java.util.Queue; class TreeNode { int val; TreeNode left; TreeNode right; TreeNode(int x) { val = x; } } public class BinaryTreeLevelOrderTraversal { public void levelOrderTraversal(TreeNode root) { if (root == null) return; Queue<TreeNode> queue = new LinkedList<>(); queue.offer(root); // 将根节点加入队列 while (!queue.isEmpty()) { TreeNode currentNode = queue.poll(); // 从队列中取出一个节点 System.out.print(currentNode.val + " "); // 访问该节点 // 如果左子节点不为空,则将其加入队列 if (currentNode.left != null) { queue.offer(currentNode.left); } // 如果右子节点不为空,则将其加入队列 if (currentNode.right != null) { queue.offer(currentNode.right); } } } }
-
非递归(迭代)实现
-
实际上,层序遍历不常使用递归实现,因为递归本质上是栈的操作,而层序遍历需要的是队列。但我们可以借助一些额外的数据结构(如数组或链表)来模拟层序遍历的效果,但这通常不是推荐的做法,因为它违背了层序遍历的本意。