Leetcode 二叉树四种遍历方式总结

文章目录

• 1. 前序遍历
• 2. 中序遍历
• 3. 后序遍历
• 4. 层序遍历

1. 前序遍历

Leetcode 144. 二叉树的前序遍历

递归实现：

class Solution {
    public List<Integer> preorderTraversal(TreeNode root) {
        List<Integer> res = new ArrayList<>();
        helper(root, res);
        return res;
    }

    private void helper(TreeNode root, List<Integer> res) {
        if (root == null) {
            return;
        }

        res.add(root.val);
        helper(root.left, res);
        helper(root.right, res);
    }
}
           

迭代实现：沿左侧分支展开，同时压栈，直到左子树为空；弹出栈顶元素，转向右子树，重复上述步骤，直到栈为空。该方法适用于三种遍历方式。

1. 将当前节点压入栈中，节点值加入输出序列（前序遍历），跳转到左子树；
2. 重复过程 1，直到左子树为空；
3. 弹出栈顶元素，节点值加入输出序列（中序遍历），跳转到右子树；
4. 重复过程 1，直到栈为空。

class Solution {
    public List<Integer> preorderTraversal(TreeNode root) {
        if (root == null) {
            return new ArrayList<>();
        }

        List<Integer> res = new ArrayList<>();
        Stack<TreeNode> stk = new Stack<>();
        while (true) {
            while (root != null) {
                res.add(root.val);
                stk.push(root);
                root = root.left;
            }
            if (stk.isEmpty()) {
                break;
            }
            TreeNode node = stk.pop();
            root = node.right;
        }
        return res;
    }
}
           

迭代实现：每次循环，右子节点先入后出，左子节点后入先出，利用栈的特性完成遍历，仅适用于前序遍历。

class Solution {
    public List<Integer> preorderTraversal(TreeNode root) {
        if (root == null) {
            return new ArrayList<>();
        }

        List<Integer> res = new ArrayList<>();
        Stack<TreeNode> stk = new Stack<>();
        stk.push(root);
        while (!stk.isEmpty()) {
            TreeNode node = stk.pop();
            res.add(node.val);
            if (node.right != null) {
                stk.push(node.right);
            }
            if (node.left != null) {
                stk.push(node.left);
            }
        }
        return res;
    }
}
           

2. 中序遍历

Leetcode 94. 二叉树的中序遍历

递归实现：

class Solution {
    public List<Integer> inorderTraversal(TreeNode root) {
        List<Integer> res = new ArrayList<>();
        helper(root, res);
        return res;
    }

    private void helper(TreeNode root, List<Integer> res) {
        if (root == null) {
            return;
        }

        helper(root.left, res);
        res.add(root.val);
        helper(root.right, res);
    }
}
           

迭代实现：

class Solution {
    public List<Integer> inorderTraversal(TreeNode root) {
        if (root == null) {
            return new ArrayList<>();
        }

        List<Integer> res = new ArrayList<>();
        Stack<TreeNode> stk = new Stack<>();
        while (true) {
            while (root != null) {
                stk.push(root);
                root = root.left;
            }
            if (stk.isEmpty()) {
                break;
            }
            TreeNode node = stk.pop();
            res.add(node.val);
            root = node.right;
        }
        return res;
    }
}
           

3. 后序遍历

Leetcode 145. 二叉树的后序遍历

递归实现：

class Solution {
    public List<Integer> postorderTraversal(TreeNode root) {
        List<Integer> res = new ArrayList<>();
        helper(root, res);
        return res;
    }

    private void helper(TreeNode root, List<Integer> res) {
        if (root == null) {
            return;
        }

        helper(root.left, res);
        helper(root.right, res);
        res.add(root.val);
    }
}
           

迭代实现：后序遍历就是逆前序遍历的倒序输出，逆前序遍历即先访问根节点，再处理右子树，最后处理左子树。

• 前序遍历：根 -> 左 -> 右；
• 逆前序遍历：根 -> 右 -> 左；
• 后序遍历：左 -> 右 -> 根。

class Solution {
    public List<Integer> postorderTraversal(TreeNode root) {
        if (root == null) {
            return new ArrayList<>();
        }

        List<Integer> res = new ArrayList<>();
        Stack<TreeNode> stk = new Stack<>();
        while (true) {
            while (root != null) {
                res.add(root.val);
                stk.push(root);
                root = root.right;
            }
            if (stk.isEmpty()) {
                break;
            }
            TreeNode node = stk.pop();
            root = node.left;
        }
        Collections.reverse(res);
        return res;
    }
}
           

迭代实现：后序遍历中，只有遍历完右子树，才能访问根节点。因此，需要引入变量记录上一次访问的节点，用于判断是否完成了对右子树的遍历。

class Solution {
    public List<Integer> postorderTraversal(TreeNode root) {
        if (root == null) {
            return new ArrayList<>();
        }

        List<Integer> res = new ArrayList<>();
        Stack<TreeNode> stk = new Stack<>();
        TreeNode pre = null;
        while (root != null) {
            pre = root;
            stk.push(root);
            root = root.left;
        }
        while (!stk.isEmpty()) {
            TreeNode node = stk.peek();
            if (pre == node.right || node.right == null) {
                pre = stk.pop();
                res.add(node.val);
            } else {
                root = node.right;
                while (root != null) {
                    pre = root;
                    stk.push(root);
                    root = root.left;
                }
            }
        }
        return res;
    }
}
           

4. 层序遍历

Leetcode 102. 二叉树的层次遍历

递归实现：

class Solution {
    public List<List<Integer>> levelOrder(TreeNode root) {
        List<List<Integer>> res = new ArrayList<>();
        helper(root, 0, res);
        return res;
    }

    private void helper(TreeNode root, int level, List<List<Integer>> res) {
        if(root == null) {
            return;
        }
        if(level == res.size()) {
            res.add(new ArrayList<>());
        }
        res.get(level).add(root.val);
        helper(root.left, level+1,res);
        helper(root.right,level+1,res);
    }
}
           

迭代实现：

class Solution {
    public List<List<Integer>> levelOrder(TreeNode root) {
        if (root == null) {
            return new ArrayList<>();
        }

        List<List<Integer>> res = new ArrayList<>();
        Queue<TreeNode> queue = new LinkedList<>();
        queue.add(root);
        while (!queue.isEmpty()) {
            int n = queue.size();
            List<Integer> ans = new ArrayList<>();
            for (int i = 0; i < n; i++) {
                TreeNode node = queue.remove();
                ans.add(node.val);
                if (node.left != null) {
                    queue.add(node.left);
                }
                if (node.right != null) {
                    queue.add(node.right);
                }
            }
            res.add(ans);
        }
        return res;
    }
}