94. 二叉树的中序遍历

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]

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

进阶: 递归算法很简单，你可以通过迭代算法完成吗？

解法思路：

1、递归（Recursion）

2、迭代维护栈（Iterator）

3、Morris 中序遍历（了解一下）

Morris 遍历算法是另一种遍历二叉树的方法，它能将非递归的中序遍历空间复杂度降为 O(1)

Morris 遍历算法步骤（假设当前遍历到的节点为 x）：

• 若 x 无左孩子
  • x 加入结果
  • x = x.right
• 若 x 有左孩子，找 x 左子树的最右边的节点 predecessor
  • predecessor 右孩子为空，右孩子指向x，x = x.left
  • predecessor 右孩子不为空，x 加入结果，x = x.right
• 重复上述步骤，直到访问完整棵树

法一：

/*** 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 List<Integer> inorderTraversal(TreeNode root) {// Recursion// Time: O(n)// Space: O(n)List<Integer> res = new ArrayList<>();inorder(root, res);return res;}private void inorder(TreeNode root, List<Integer> res) {if (root == null) return;inorder(root.left, res);res.add(root.val);inorder(root.right, res);}
}

法二：

/*** 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 List<Integer> inorderTraversal(TreeNode root) {// Iterator// Time: O(n)// Space: O(n)List<Integer> res = new ArrayList<>();Deque<TreeNode> stack = new ArrayDeque<>();while (root != null || !stack.isEmpty()) {while (root != null) {stack.addLast(root);root = root.left;}root = stack.removeLast();res.add(root.val);root = root.right;}return res;}
}

法三： 

/*** 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 List<Integer> inorderTraversal(TreeNode root) {// Morris// Time: O(n)// Space: O(1)// Morris 遍历算法步骤（假设当前遍历到的节点为 x）：// 若 x 无左孩子//      x 加入结果//      x = x.right// 若 x 有左孩子，找 x 左子树的最右边的节点 predecessor//      predecessor 右孩子为空，右孩子指向x，x = x.left//      predecessor 右孩子不为空，x 加入结果，x = x.right// 重复上述步骤，直到访问完整棵树List<Integer> res = new ArrayList<>();TreeNode predecessor = null;while (root != null) {if (root.left != null) {// predecessor 节点就是当前 root 节点向左走一步，然后一直向右走至无法走为止predecessor = root.left;while (predecessor.right != null && predecessor.right != root) {predecessor = predecessor.right;}// 让 predecessor 的右指针指向 root，继续遍历左子树if (predecessor.right == null) {predecessor.right = root;root = root.left;} else { // 说明左子树已经访问完了，需要断开链接res.add(root.val);predecessor.right = null;root = root.right;}} else {res.add(root.val);root = root.right;}}return res;}
}