二叉树的遍历之迭代遍历

前言:在学习二叉树的时候我们基本上已经了解过二叉树的三种遍历,对于这三种遍历,我们采用递归的思路,很简单的就能实现,那么如何用迭代的方法去解决问题?

我们首先来看第一个:

前序遍历

144. 二叉树的前序遍历 - 力扣(LeetCode)

前序遍历就是以 根 左子树 右子树的顺序遍历二叉树。呢么如何用得带去解决问题呢?

首先我们知道函数递归就是函数一层层的调用自己,本质上是以一种先进后退的思路,而这与栈的特性一致,因此函数递归,我们可以用调用堆栈来看,就是栈的思路。

现在我们解决问题,既然不用递归,但还是可以用到解决问题的本质思路,就是用栈去解决问题:

例图:

 我们就用这个图做演示:

大致解题思路:由于二叉树遍历一直往下走,无法回头,我们需要提供一个栈,假设我们每次先遍历左子树,每次遍历的时候,将我们需要往回遍历的节点放入栈中(往回遍历的节点就是拥有右子树的系点),在遍历完左节点后,此时回退上一个节点,看他的右子树是否为空。

且我们的整个循环的条件中 栈是否为空 就决定是否继续遍历这一个二叉树。

首先前序遍历的顺序 是根  左子树 右子树 。其次,对于二叉树,解决了整个左子树的遍历。那么整个右子树的遍历,也是与之相同的,也就是我们再解决问题时就只针对一个子树,这里我们就以遍历整个左子树为主,实现对整个树的遍历。且题目要求返回数组,因此我们是遍历插入数据。

由于我们无法知道某个左节点的右节点是否为空,所以开始我们先将所有左节点入栈:

第一步操作:

首先要遍历根,也就是从1开始,不为空,放入数组,并入栈,在看它的左,2不为空,放入数组,并入栈,再看它的左,3,不为空,放入数组并入栈。我们就完成了第一步,但是对于最后一个最左节点(它可能是一个子树的根,他也有可能是子树的左节点)。

第二步操作:

从这里开始,我们就要开始判断是否出栈,此时获取当前栈顶元素,3节点,再出栈。(此时栈不为空)

   若3节点无右节点,此时根已经遍历完了,现在轮到左子树了,而3此时是作为一个子树的左节点,并且是遍历顺序左子树中的第一个节点,之后出栈,看节点2的右子树是否存在。

   若3节点有右节点(右子树),比如我们这里就是节点4,3节点就往右子树走,按照前序遍历顺序,我们该将此节点数据放入数组中,因此以该节点为开始,继续第一步操作,将该右节点(也有可能是右子树),按照先把左节点入栈,入数组,在判断右子树情况来出栈。

第三步操作:

其实我们的前序遍历已经实现,可能有人还觉得还没完成,因为右子树还没处理,实际上当我们回退二叉树,也就是出栈的时候,出到最后一个元素,也就是真正的根节点时,栈不为空,循环还没结束,会继续判断当前节点的右子树。

代码实现:

vector<int> preorderTraversal(TreeNode* root) {//用来返回遍历结果的数组vector<int> v;//用栈来回退我们二叉树stack<TreeNode*> t;TreeNode*node=root;//当节点为空或者栈不为空的时候循环继续while(node||!t.empty()){//第一步将左边的节点一次放入数组并入栈 while(node){v.push_back(node->val);t.push(node);node=node->left;}//从该位置开始判断是否要出栈node=t.top();t.pop();if(node->right==nullptr){node=nullptr;//直接为空,继续循环进入到出栈操作}else{node=node->right;}      }return v;}

中序遍历

中序遍历 的顺序是 左节点 根 右子树 。与前序的插入思想不太一样,不过还是利用栈来回到上一个节点。前序遍历时,其实是有点巧合,因为根节点与左节点连续,我们是直接将左节点一个个入栈后,直接放入数组,因为顺序是从根节点开始,且根节点下来就是左节点,因此插入顺序与我们的直接将左节点插入的顺序一致。

但对于中序和后序遍历,都是先从左节点开始的,因此,从根开始,我们是先将之后的左节点一个个入栈,这里就不能再放数组了,直到最左节点时,根据我们的的遍历顺序,下来时根节点,再来判断。具体分析如下:

还是以这张图为例:

第一步:

刚开始我们还是直接以根为开始,将它的一个个左节点入栈,此时栈中为3,2,1。

第二步:

从这里开始,就需要判断是否出栈,是否插入数组,因此从这里开始,还是先获取栈顶元素,在出栈,当前位置就是节点3,之后就是判断3节点是否具有右子树。

若没有右子树,那么3就是第一个左节点,放入数组,之后回退到上一个节点2,继续判断。

若有右子树,此时节点3是一个根,不能放入数组,我们继续走到节点4,以4节点为开始,与前序遍历一样,执行第一步的操作进行入栈,之后在判断。

直到回退到根节点,此时进行右子树的遍历。

代码如下:

  vector<int> inorderTraversal(TreeNode* root) {vector<int> v;stack<TreeNode*> t;TreeNode* prev=nullptr;while(root||!t.empty()){while(root){if(root){t.push(root);}root=root->left;}root=t.top();t.pop();      //为空先插左节点v.push_back(root->val);if(root->right==nullptr){root=nullptr;}else{root=root->right;}}return v;}

 后序遍历

后序遍历的思路与中序遍历有些许一样,但对于情况的判断更加复杂。

因为后序的遍历顺序为 左子树  右子树 根,育贤婿一样,我们还是从根节点开始,入栈左子树的所有左节点,直到最左节点,还是要进行判断。具体分析如下:

 还是一这张图为例:

第一步:

依然是将左子树的所有的左节点依次入栈, 1入,2入,3入,此时到了节点3。

第二步:

从节点3开始判断是否要回退,因此获取栈顶节点为3,出栈,当前节点为3。

若3没有右节点,此时我们就是左节点,我们就可以将3放入数组,之后回退到节点2。

若3的右节点存在,此时的操作是将该节点再次重新入栈(因为下一个右节点(右子树)插入完才轮到我),之后当前节点走到这个右节点,循环回到第一步,继续入栈。

在这里有重要的一点:

第一点:与之前两种遍历一样,我们需要从当前节点回退到上个节点的方法是将指针置空,之后重新赋值为栈顶元素的节点。

其次除了叶子节点容易判断插入,如果上一次插入的节点,是当前节点的右节点,则就需要放入数组里,即 先插的左, 之后插的右,根节点需要判断,当前节点的右节点是上一次插入的节点就说明是根,插入数组。

源码:

vector<int> postorderTraversal(TreeNode* root) {stack<TreeNode*>s;vector<int> ret;TreeNode*prev=nullptr;while(root||!s.empty()){//先找所有的左节点while(root){ s.push(root);root=root->left;}//倒退判断这些节点的右节点,直到最后根节点,在判断右子树root=s.top(); s.pop();if(root->right==nullptr ||root->right==prev) {ret.push_back(root->val);prev=root;root=nullptr;}else{//若右子树不为空,继续入栈s.push(root);root=root->right;}}return ret;}

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