代码随想录算法训练营Day13 | 递归遍历、迭代遍历、层序遍历

news2024/11/16 7:54:53

目录

递归遍历和迭代遍历：

144.二叉树的前序遍历

94.二叉树的中序遍历

145.二叉树的后序遍历

层序遍历：

102.二叉树的层序遍历

107.二叉树的层序遍历Ⅱ

199.二叉树的右视图

637.二叉树的层平均值

429.N叉树的层序遍历

515.在每个树行中找最大值

116.填充每个节点的下一个右侧节点指针

117.填充每个节点的下一个右侧节点指针Ⅱ

104.二叉树的最大深度

111.二叉树的最小深度

144.二叉树的前序遍历

题目

144. 二叉树的前序遍历 - 力扣（LeetCode）

给你二叉树的根节点 root ，返回它节点值的 前序 遍历。

示例1：

输入：root = [1,null,2,3]

输出：[1,2,3]

在这里插入图片描述

示例2：

输入：root = [1,2,3,4,5,null,8,null,null,6,7,9]

输出：[1,2,4,5,6,7,3,8,9]

在这里插入图片描述

示例3：

输入：root = []

输出：[]

示例4：

输入：root = [1]

输出：[1]

提示：

  • 树中节点数目在范围 [0, 100] 内
  • -100 <= Node.val <= 100

思路

代码随想录：二叉树的递归遍历

代码随想录：二叉树的迭代遍历

视频讲解：LeetCode：144.前序遍历，145.后序遍历，94.中序遍历

视频讲解：二叉树的遍历迭代法 | 前序与后序

分别使用递归法和迭代法解题。

迭代法使用栈实现，前序遍历实现如下：

  1. 初始化一个空栈，并将根节点压入栈中。
  2. 当栈不为空时，弹出栈顶节点，访问该节点，并依次将其右孩子和左孩子节点压入栈中（因为栈是后进先出，所以左孩子会先被处理）。
  3. 重复步骤2，直到栈为空。

二叉树前序遍历（迭代法）

题解

递归法：

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

    void preorder(List list, TreeNode root) {
        if (root == null)
            return;
        list.add(root.val);
        if (root.left != null)
            preorder(list, root.left);
        if (root.right != null)
            preorder(list, root.right);
    }
}

迭代法：

class Solution {
    public List<Integer> preorderTraversal(TreeNode root) {
        List<Integer> res = new ArrayList<>();
        Deque<TreeNode> deque = new ArrayDeque<>();
        if(root!=null){
            deque.push(root);
        }
        while(!deque.isEmpty()){
            TreeNode tmp = deque.pop();
            res.add(tmp.val);
            if(tmp.right!=null)
                deque.push(tmp.right);
            if(tmp.left!=null)
                deque.push(tmp.left);    
        }
        return res;
    }
}

94.二叉树的中序遍历

题目

94. 二叉树的中序遍历 - 力扣（LeetCode）

给定一个二叉树的根节点 root ，返回 它的 中序 遍历 。

示例1：

输入：root = [1,null,2,3]
输出：[1,3,2]

在这里插入图片描述

示例2：

输入：root = []
输出：[]

示例3：

输入：root = [1]
输出：[1]

提示：

  • 树中节点数目在范围 [0, 100] 内
  • -100 <= Node.val <= 100

思路

代码随想录：二叉树的递归遍历

代码随想录：二叉树的迭代遍历

视频讲解：LeetCode：144.前序遍历，145.后序遍历，94.中序遍历

视频讲解：二叉树的遍历迭代法 | 中序

同样使用栈来实现迭代法，步骤如下：

  1. 初始化一个空栈，将当前节点设为根节点。
  2. 当当前节点不为空时，将其压入栈中，并将当前节点设为其左孩子。
  3. 如果当前节点为空，弹出栈顶节点，访问该节点，然后将当前节点设为其右孩子。
  4. 重复上述步骤，直到栈为空并且当前节点也为空。

二叉树中序遍历（迭代法）

题解

递归法：

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

    void inorder(List list, TreeNode root) {
        if (root == null)
            return;
        if (root.left != null)
            inorder(list, root.left);
        list.add(root.val);    
        if (root.right != null)
            inorder(list, root.right);
    }
}

迭代法：

class Solution {
    public List<Integer> inorderTraversal(TreeNode root) {
        List<Integer> res = new ArrayList<>();
        Deque<TreeNode> deque = new ArrayDeque<>();
        TreeNode cur = root;
        while (cur != null || !deque.isEmpty()) {
            if (cur != null) {
                deque.push(cur);
                cur = cur.left;
            } else {
                cur = deque.pop();
                res.add(cur.val);
                cur = cur.right;
            }
        }
        return res;
    }
}

145.二叉树的后序遍历

题目

145. 二叉树的后序遍历 - 力扣（LeetCode）

给你一棵二叉树的根节点 root ，返回其节点值的 后序遍历 。

示例1：

输入：root = [1,null,2,3]

输出：[3,2,1]

img

示例2：

输入：root = [1,2,3,4,5,null,8,null,null,6,7,9]

输出：[4,6,7,5,2,9,8,3,1]

在这里插入图片描述

示例3：

输入：root = []

输出：[]

示例4：

输入：root = [1]

输出：[1]

提示：

  • 树中节点的数目在范围 [0, 100] 内
  • -100 <= Node.val <= 100

思路

代码随想录：二叉树的递归遍历

代码随想录：二叉树的迭代遍历

视频讲解：LeetCode：144.前序遍历，145.后序遍历，94.中序遍历

视频讲解：二叉树的遍历迭代法 | 前序与后序

迭代法：

具体步骤如下所示：

  1. 初始化一个空栈，将根节点入栈，使用一个变量 prev 初始化为 null，用来追踪上一个已访问的节点。
  2. 当栈不为空时，查看栈顶节点 cur。
  3. 若栈顶节点 cur 没有左孩子和右孩子，或 prev 是其左孩子或右孩子（即左右子树都已被访问过），则弹出 cur，并添加到结果中，然后将 prev 设为 cur。
  4. 若不满足条件3，按顺序将其右孩子和左孩子压入栈，确保左孩子先被访问。
  5. 重复步骤2-4，直到栈为空

题解

递归法：

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

    void postorder(List list, TreeNode root) {
        if (root == null)
            return;
        if (root.left != null)
            postorder(list, root.left);
        if (root.right != null)
            postorder(list, root.right);
        list.add(root.val);
    }
}

迭代法：

class Solution {
    public List<Integer> postorderTraversal(TreeNode root) {
        List<Integer> res = new ArrayList<>();
        Deque<TreeNode> deque = new ArrayDeque<>();
        TreeNode cur = root;
        TreeNode prev = null;
        while (!deque.isEmpty() || cur != null) {
            while (cur != null) {
                deque.push(cur);
                cur = cur.left;
            }
            cur = deque.peek();
            if (cur.right == null || cur.right == prev) {
                res.add(cur.val);
                deque.pop();
                prev = cur;
                cur = null;
            } else {
                cur = cur.right;
            }
        }
        return res;
    }
}

102.二叉树的层序遍历

题目

102. 二叉树的层序遍历 - 力扣（LeetCode）

给你二叉树的根节点 root ，返回其节点值的 层序遍历 。（即逐层地，从左到右访问所有节点）。

示例1：

输入：root = [3,9,20,null,null,15,7]
输出：[[3],[9,20],[15,7]]

在这里插入图片描述

示例2：

输入：root = [1]
输出：[[1]]

示例3：

输入：root = []
输出：[]

提示：

  • 树中节点数目在范围 [0, 2000] 内
  • -1000 <= Node.val <= 1000

思路

代码随想录：102.二叉树的层序遍历

视频讲解：LeetCode：102.二叉树的层序遍历

层序遍历二叉树，就是从左到右一层一层的去遍历二叉树，需要借用队列来实现，队列先进先出，符合一层一层遍历的逻辑。

使用队列实现二叉树广度优先遍历过程如下：

102二叉树的层序遍历

初始化：

  • 创建一个空队列 queue，并将根节点 root 入队。
  • 如果 root 为 null，直接返回空列表。

主循环：

  • 当队列不为空时，执行以下操作：
    • 从队列中取出队首节点 node 并将其值添加到结果列表。
    • 若 node 有左孩子，将左孩子入队。
    • 若 node 有右孩子，将右孩子入队。

重复上述过程，直到队列为空。

题解

class Solution {
    public List<List<Integer>> levelOrder(TreeNode root) {
        List<List<Integer>> res = new ArrayList<>();
        Deque<TreeNode> deque = new ArrayDeque<>();
        if (root == null)
            return res;
        deque.push(root);
        while (!deque.isEmpty()) {
            int size = deque.size();
            List<Integer> list = new ArrayList<>();
            while (size-- > 0) {
                TreeNode node = deque.poll();
                list.add(node.val);
                if (node.left != null)
                    deque.offer(node.left);
                if (node.right != null)
                    deque.offer(node.right);
            }
            res.add(list);
        }
        return res;
    }
}

107.二叉树的层序遍历 Ⅱ

题目

107. 二叉树的层序遍历 II - 力扣（LeetCode）

给你二叉树的根节点 root ，返回其节点值 自底向上的层序遍历 。 （即按从叶子节点所在层到根节点所在的层，逐层从左向右遍历）

示例1：

输入：root = [3,9,20,null,null,15,7]
输出：[[15,7],[9,20],[3]]

img

思路

代码随想录：107.二叉树的层序遍历Ⅱ

思路如102. 二叉树的层序遍历 - 力扣（LeetCode），最后使用 Collections.reverse()翻转即可。

题解

class Solution {
    public List<List<Integer>> levelOrderBottom(TreeNode root) {
        List<List<Integer>> res = new ArrayList<>();
        Deque<TreeNode> deque = new ArrayDeque<>();
        if (root == null)
            return res;
        deque.push(root);
        while (!deque.isEmpty()) {
            int size = deque.size();
            List<Integer> list = new ArrayList<>();
            while (size-- > 0) {
                TreeNode node = deque.poll();
                list.add(node.val);
                if (node.left != null)
                    deque.offer(node.left);
                if (node.right != null)
                    deque.offer(node.right);
            }
            res.add(list);
        }
        Collections.reverse(res);
        return res;
    }
}

199.二叉树的右视图

题目

199. 二叉树的右视图 - 力扣（LeetCode）

给定一个二叉树的 根节点 root，想象自己站在它的右侧，按照从顶部到底部的顺序，返回从右侧所能看到的节点值。

示例1：

输入: [1,2,3,null,5,null,4]
输出: [1,3,4]

在这里插入图片描述

示例2：

输入: [1,2,3,4]
输出: [1,3,4]

思路

代码随想录：199.二叉树的右视图

在普通层序遍历的基础上，将入队顺序改为右孩子先入，再添加一个结果判断条件，只有在保证该元素是这一层最右边的元素时，才将其添加到结果列表。

题解

class Solution {
    public List<Integer> rightSideView(TreeNode root) {
        List<Integer> res = new ArrayList<>();
        Deque<TreeNode> deque = new ArrayDeque<>();
        if (root == null)
            return res;
        deque.offer(root);
        while (!deque.isEmpty()) {
            int size = deque.size();
            for (int i = 0; i < size; i++) {
                TreeNode node = deque.poll();
                if (node.right != null)
                    deque.offer(node.right);
                if (node.left != null)
                    deque.offer(node.left);
                if (i == 0) {
                    res.add(node.val);
                }
            }
        }
        return res;
    }
}

637.二叉树的层平均值

题目

637. 二叉树的层平均值 - 力扣（LeetCode）

给定一个非空二叉树的根节点 root , 以数组的形式返回每一层节点的平均值。与实际答案相差 10-5 以内的答案可以被接受。

思路

代码随想录：637.二叉树的层平均值

层序遍历后求每一层平均值。

题解

class Solution {
    public List<Double> averageOfLevels(TreeNode root) {
        List<Double> res = new ArrayList<>();
        Deque<TreeNode> deque = new ArrayDeque<>();
        if (root == null)
            return res;
        deque.offer(root);
        while (!deque.isEmpty()) {
            int size = deque.size();
            double sum = 0.0;
            for (int i = 0; i < size; i++) {
                TreeNode node = deque.poll();
                if (node.left != null)
                    deque.offer(node.left);
                if (node.right != null)
                    deque.offer(node.right);
                sum += node.val;
            }
            res.add(sum / size);
        }
        return res;
    }
}

429.N叉树的层序遍历

题目

429. N 叉树的层序遍历 - 力扣（LeetCode）

给定一个 N 叉树，返回其节点值的层序遍历。（即从左到右，逐层遍历）。树的序列化输入是用层序遍历，每组子节点都由 null 值分隔（参见示例）。

示例1：

输入：root = [1,null,3,2,4,null,5,6]
输出：[[1],[3,2,4],[5,6]]

在这里插入图片描述

示例2：

输入：root = [1,null,2,3,4,5,null,null,6,7,null,8,null,9,10,null,null,11,null,12,null,13,null,null,14]
输出：[[1],[2,3,4,5],[6,7,8,9,10],[11,12,13],[14]]

img

提示：

  • 树的高度不会超过 1000
  • 树的节点总数在 [0, 104] 之间

思路

代码随想录：429.N叉树的层序遍历

层序遍历时一个节点有多个孩子。

题解

class Solution {
    public List<List<Integer>> levelOrder(Node root) {
        List<List<Integer>> res = new ArrayList<>();
        Deque<Node> deque = new ArrayDeque<>();
        if (root == null)
            return res;
        deque.offer(root);
        while (!deque.isEmpty()) {
            int size = deque.size();
            List<Integer> list = new ArrayList<>();
            for (int i = 0; i < size; i++) {
                Node node = deque.poll();
                list.add(node.val);
                List<Node> children = node.children;
                //对列表使用增强for循环
                for (Node child : children) {
                    if (child != null)
                        deque.offer(child);
                }
            }
            res.add(list);
        }
        return res;
    }
}

515. 在每个树行中找最大值

题目

515. 在每个树行中找最大值 - 力扣（LeetCode）

给定一棵二叉树的根节点 root ，请找出该二叉树中每一层的最大值。

示例1：

输入: root = [1,3,2,5,3,null,9]
输出: [1,3,9]

在这里插入图片描述

示例2：

输入: root = [1,2,3]
输出: [1,3]

提示：

  • 二叉树的节点个数的范围是 [0,104]
  • -231 <= Node.val <= 231 - 1

思路

代码随想录：515.在每个树行中找最大值

层序遍历，注意定义max时可以设置为 Integer.MIN_VALUE。

题解

class Solution {
    public List<Integer> largestValues(TreeNode root) {
        List<Integer> res = new ArrayList<>();
        Deque<TreeNode> deque = new ArrayDeque<>();
        if (root == null)
            return res;
        deque.offer(root);
        while (!deque.isEmpty()) {
            int size = deque.size();
            int max = Integer.MIN_VALUE;
            for (int i = 0; i < size; i++) {
                TreeNode node = deque.poll();
			   max = Math.max(max, node.val);
                if (node.left != null)
                    deque.offer(node.left);
                if (node.right != null)
                    deque.offer(node.right);
            }
            res.add(max);
        }
        return res;
    }
}

116. 填充每个节点的下一个右侧节点指针

题目

116. 填充每个节点的下一个右侧节点指针 - 力扣（LeetCode）

给定一个 完美二叉树 ，其所有叶子节点都在同一层，每个父节点都有两个子节点。二叉树定义如下：

struct Node {
  int val;
  Node *left;
  Node *right;
  Node *next;
}

填充它的每个 next 指针，让这个指针指向其下一个右侧节点。如果找不到下一个右侧节点，则将 next 指针设置为 NULL。

初始状态下，所有 next 指针都被设置为 NULL。

示例1：

输入：root = [1,2,3,4,5,6,7]
输出：[1,#,2,3,#,4,5,6,7,#]
解释：给定二叉树如图 A 所示，你的函数应该填充它的每个 next 指针，以指向其下一个右侧节点，如图 B 所示。序列化的输出按层序遍历排列，同一层节点由 next 指针连接，'#' 标志着每一层的结束。

img

提示：

  • 树中节点的数量在 [0, 212 - 1] 范围内
  • -1000 <= node.val <= 1000

思路

代码随想录：116.填充每个节点的下一个右侧节点指针

常见的层序遍历。

题解

class Solution {
    public Node connect(Node root) {
        Deque<Node> deque = new ArrayDeque<>();
        if (root == null)
            return root;
        deque.offer(root);
        while (!deque.isEmpty()) {
            int size = deque.size();
            for (int i = 0; i < size; i++) {
                Node node = deque.poll();
                if (i < size - 1)
                    node.next = deque.peek();
                if (node.left != null)
                    deque.offer(node.left);
                if (node.right != null)
                    deque.offer(node.right);
            }
        }
        return root;
    }
}

117. 填充每个节点的下一个右侧节点指针 Ⅱ

题目

117. 填充每个节点的下一个右侧节点指针 II - 力扣（LeetCode）

给定一个二叉树：

struct Node {
  int val;
  Node *left;
  Node *right;
  Node *next;
}

填充它的每个 next 指针，让这个指针指向其下一个右侧节点。如果找不到下一个右侧节点，则将 next 指针设置为 NULL 。

初始状态下，所有 next 指针都被设置为 NULL 。

示例1：

输入：root = [1,2,3,4,5,null,7]
输出：[1,#,2,3,#,4,5,7,#]
解释：给定二叉树如图 A 所示，你的函数应该填充它的每个 next 指针，以指向其下一个右侧节点，如图 B 所示。序列化输出按层序遍历顺序（由 next 指针连接），'#' 表示每层的末尾。

在这里插入图片描述

提示：

  • 树中的节点数在范围 [0, 6000] 内
  • -100 <= Node.val <= 100

思路

代码随想录：117.填充每个节点的下一个右侧节点指针Ⅱ

完全一致：116. 填充每个节点的下一个右侧节点指针 - 力扣（LeetCode）

题解

class Solution {
    public Node connect(Node root) {
        Deque<Node> deque = new ArrayDeque<>();
        if (root == null)
            return root;
        deque.offer(root);
        while (!deque.isEmpty()) {
            int size = deque.size();
            for (int i = 0; i < size; i++) {
                Node node = deque.poll();
                if (i < size - 1)
                    node.next = deque.peek();
                if (node.left != null)
                    deque.offer(node.left);
                if (node.right != null)
                    deque.offer(node.right);
            }
        }
        return root;
    }
}

104.二叉树的最大深度

题目

104. 二叉树的最大深度 - 力扣（LeetCode）

给定一个二叉树 root ，返回其最大深度。

二叉树的 最大深度 是指从根节点到最远叶子节点的最长路径上的节点数。

示例1：

输入：root = [3,9,20,null,null,15,7]
输出：3

在这里插入图片描述

思路

代码随想录：104.二叉树的最大深度

此题除了层序遍历之外，还可以使用递归法。

树的深度等于左子树深度和右子树深度中的最大值+1。

  • 递归终止条件：当前节点为空

  • 找出返回值：节点为空时说明子树高度为 0，返回 0，节点不为空时则分别求左右子树的高度，取两者中的最大值加 1 表示当前节点的高度，返回该数值

题解

层序遍历：

/**
 * Definition for a binary tree node.
 * public class TreeNode {
 * int val;
 * TreeNode left;
 * TreeNode right;
 * TreeNode() {}
 * TreeNode(int val) { this.val = val; }
 * TreeNode(int val, TreeNode left, TreeNode right) {
 * this.val = val;
 * this.left = left;
 * this.right = right;
 * }
 * }
 */
class Solution {
    public int maxDepth(TreeNode root) {
        int res = 0;
        Deque<TreeNode> deque = new ArrayDeque<>();
        if (root == null)
            return res;
        deque.offer(root);
        while (!deque.isEmpty()) {
            int size = deque.size();
            for (int i = 0; i < size; i++) {
                TreeNode node = deque.poll();
                if (node.left != null)
                    deque.offer(node.left);
                if (node.right != null)
                    deque.offer(node.right);
            }
            res++;
        }
        return res;
    }
}

递归法：

class Solution {
    public int maxDepth(TreeNode root) {
        if (root == null) {
            return 0;
        } else {
            int left = maxDepth(root.left);
            int right = maxDepth(root.right);
            return Math.max(left, right) + 1;
        }
    }
}

111.二叉树的最小深度

题目

111. 二叉树的最小深度 - 力扣（LeetCode）

给定一个二叉树，找出其最小深度。

最小深度是从根节点到最近叶子节点的最短路径上的节点数量。

说明： 叶子节点是指没有子节点的节点。

示例1：

输入：root = [3,9,20,null,null,15,7]
输出：2

img

提示：

  • 树中节点数的范围在 [0, 105] 内
  • -1000 <= Node.val <= 1000

思路

代码随想录：111.二叉树的最小深度

层序遍历，当左右孩子都为空时才能说明遍历到最低点。

题解

/**
 * Definition for a binary tree node.
 * public class TreeNode {
 * int val;
 * TreeNode left;
 * TreeNode right;
 * TreeNode() {}
 * TreeNode(int val) { this.val = val; }
 * TreeNode(int val, TreeNode left, TreeNode right) {
 * this.val = val;
 * this.left = left;
 * this.right = right;
 * }
 * }
 */
class Solution {
    public int minDepth(TreeNode root) {
        int res = 0;
        Deque<TreeNode> deque = new ArrayDeque<>();
        if (root == null)
            return res;
        deque.offer(root);
        res++;
        while (!deque.isEmpty()) {
            int size = deque.size();
            for (int i = 0; i < size; i++) {
                TreeNode node = deque.poll();
                if (node.left == null && node.right == null)
                    return res;
                if (node.left != null)
                    deque.offer(node.left);
                if (node.right != null)
                    deque.offer(node.right);
            }
            res++;
        }
        return res;
    }
}

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