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二叉樹遍歷——深度優先遍歷、廣度優先遍歷

二叉樹遍歷簡介

【備註】:二叉樹的深度優先遍歷的非遞迴的通用做法是採用棧,廣度優先遍歷的非遞迴的通用做法是採用佇列。

  1. 深度優先遍歷: 對每一個可能的分支路徑深入到不能再深入為止,而且每個結點只能訪問一次。對每一個可能的分支路徑深入到不能再深入為止,而且每個結點只能訪問一次。 要特別注意的是,二叉樹的深度優先遍歷比較特殊,可以細分為先序遍歷、中序遍歷、後序遍歷。具體說明如下:

    先序遍歷:對任一子樹,先訪問根,然後遍歷其左子樹,最後遍歷其右子樹。 中序遍歷:對任一子樹,先遍歷其左子樹,然後訪問根,最後遍歷其右子樹。 後序遍歷:對任一子樹,先遍歷其左子樹,然後遍歷其右子樹,最後訪問根。

  2. 廣度優先遍歷: 又叫層次遍歷,從上往下對每一層依次訪問,在每一層中,從左往右(也可以從右往左)訪問結點,訪問完一層就進入下一層,直到沒有結點可以訪問為止。又叫層次遍歷,從上往下對每一層依次訪問,在每一層中,從左往右(也可以從右往左)訪問結點,訪問完一層就進入下一層,直到沒有結點可以訪問為止。

  3. 深度優先搜素演算法: 不全部保留結點,佔用空間少;有回溯操作(即有入棧、出棧操作),執行速度慢。 通常深度優先搜尋法不全部保留結點,擴充套件完的結點從資料庫中彈出刪去,這樣,一般在資料庫中儲存的結點數就是深度值,因此它佔用空間較少。所以,當搜尋樹的結點較多,用其它方法易產生記憶體溢位時,深度優先搜尋不失為一種有效的求解方法。

  4. 廣度優先搜尋演算法: 保留全部結點,佔用空間大; 無回溯操作(即無入棧、出棧操作),執行速度快。 廣度優先搜尋演算法,一般需儲存產生的所有結點,佔用的儲存空間要比深度優先搜尋大得多,因此,程式設計中,必須考慮溢位和節省記憶體空間的問題。但廣度優先搜尋法一般無回溯操作,即入棧和出棧的操作,所以執行速度比深度優先搜尋要快些。

案例

在這裡插入圖片描述 先序遍歷(遞迴):35 20 15 16 29 28 30 40 50 45 55 中序遍歷(遞迴):15 16 20 28 29 30 35 40 45 50 55 後序遍歷(遞迴):16 15 28 30 29 20 45 55 50 40 35 先序遍歷(非遞迴):35 20 15 16 29 28 30 40 50 45 55 中序遍歷(非遞迴):15 16 20 28 29 30 35 40 45 50 55 後序遍歷(非遞迴):16 15 28 30 29 20 45 55 50 40 35 廣度優先遍歷:35 20 40 15 29 50 16 28 30 45 55

在這裡插入圖片描述

深度優先遍歷

對每一個可能的分支路徑深入到不能再深入為止,而且每個節點只能訪問一次。 對於上面的例子來說深度優先遍歷的結果就是:A,B,D,E,I,C,F,G,H.(假設先走子節點的的左側)。

深度優先遍歷各個節點,需要使用到棧(Stack)這種資料結構。stack的特點是是先進後出。整個遍歷過程如下:

首先將A節點壓入堆中,stack(A);
將A節點彈出,同時將A的子節點C,B壓入堆中,此時B在堆的頂部,stack(B,C);
將B節點彈出,同時將B的子節點E,D壓入堆中,此時D在堆的頂部,stack(D,E,C);
將D節點彈出,沒有子節點壓入,此時E在堆的頂部,stack(E,C);
將E節點彈出,同時將E的子節點I壓入,stack(I,C);
...依次往下,最終遍歷完成:

Java程式碼大概如下

public class TreeNode {
    int val = 0;
    TreeNode left = null;
    TreeNode right = null;

    public TreeNode(int val) {
        this.val = val;
    }
}
public class Solution {
    public ArrayList<Integer> deep(TreeNode root) {
        ArrayList<Integer> lists=new ArrayList<Integer>();
        if(root==null)
            return lists;
        Stack<TreeNode> stack=new Stack<TreeNode>();
        stack.push(root);
        while(!stack.isEmpty()){
            TreeNode node=stack.pop();
      //先往棧中壓入右節點,再壓左節點,這樣出棧就是先左節點後右節點了。
            if(node.right!=null)
                stack.push(tree.right);
            if(node.left!=null)
                stack.push(tree.left);
            lists.add(node.val);
        }
        return lists;
    }
}

廣度優先遍歷

其過程檢驗來說是對每一層節點依次訪問,訪問完一層進入下一層,而且每個節點只能訪問一次。對於上面的例子來說,廣度優先遍歷的 結果是:A,B,C,D,E,F,G,H,I(假設每層節點從左到右訪問)。

廣度優先遍歷各個節點,需要使用到佇列(Queue)這種資料結構,queue的特點是先進先出,其實也可以使用雙端佇列,區別就是雙端佇列首位都可以插入和彈出節點。整個遍歷過程如下:

首先將A節點插入佇列中,queue(A);
將A節點彈出,同時將A的子節點B,C插入佇列中,此時B在佇列首,C在佇列尾部,queue(B,C);
將B節點彈出,同時將B的子節點D,E插入佇列中,此時C在佇列首,E在佇列尾部,queue(C,D,E);
將C節點彈出,同時將C的子節點F,G,H插入佇列中,此時D在佇列首,H在佇列尾部,queue(D,E,F,G,H);
將D節點彈出,D沒有子節點,此時E在佇列首,H在佇列尾部,queue(E,F,G,H);
...依次往下,最終遍歷完成

Java程式碼大概如下:

public class TreeNode {
    int val = 0;
    TreeNode left = null;
    TreeNode right = null;

    public TreeNode(int val) {
        this.val = val;
    }
}
public class Solution {
    public ArrayList<Integer> wide(TreeNode root) {
        ArrayList<Integer> lists=new ArrayList<Integer>();
        if(root==null)
            return lists;
        Queue<TreeNode> queue=new LinkedList<TreeNode>();
        queue.offer(root);
        while(!queue.isEmpty()){
            TreeNode node = queue.poll();
            if(node.left!=null){
                queue.offer(node.left);
            }
            if(node.right!=null){
                queue.offer(node.right);
            }
            lists.add(node.val);
		}
        return lists;
    }
}