力扣加加 - 努力做西湖区最好的算法题解
  • introduction
  • 第一章 - 算法专题
    • 数据结构
    • 链表专题
    • 树专题
    • 堆专题(上)
    • 堆专题(下)
    • 二分专题(上)
    • 二分专题(下)
    • 动态规划(重置版)
    • 大话搜索
    • 二叉树的遍历
    • 哈夫曼编码和游程编码
    • 布隆过滤器
    • 前缀树
    • 回溯
    • 滑动窗口(思路 + 模板)
    • 位运算
    • 小岛问题
    • 最大公约数
    • 并查集
    • 平衡二叉树专题
    • 蓄水池抽样
    • 单调栈
  • 第二章 - 91 天学算法
    • 91 天学算法第三期视频会议总结
    • 第一期讲义-二分法
    • 第一期讲义-双指针
    • 第三期正在火热进行中
  • 第三章 - 精选题解
    • 字典序列删除
    • 西法的刷题秘籍】一次搞定前缀和
    • 字节跳动的算法面试题是什么难度?
    • 字节跳动的算法面试题是什么难度?(第二弹)
    • 《我是你的妈妈呀》 * 第一期
    • 一文带你看懂二叉树的序列化
    • 穿上衣服我就不认识你了?来聊聊最长上升子序列
    • 你的衣服我扒了 * 《最长公共子序列》
    • 一文看懂《最大子序列和问题》
  • 第四章 - 高频考题(简单)
    • 面试题 17.12. BiNode
    • 0001. 两数之和
    • 0020. 有效的括号
    • 0021. 合并两个有序链表
    • 0026. 删除排序数组中的重复项
    • 0053. 最大子序和
    • 0160. 相交链表
    • 0066. 加一
    • 0088. 合并两个有序数组
    • 0101. 对称二叉树
    • 0104. 二叉树的最大深度
    • 0108. 将有序数组转换为二叉搜索树
    • 0121. 买卖股票的最佳时机
    • 0122. 买卖股票的最佳时机 II
    • 0125. 验证回文串
    • 0136. 只出现一次的数字
    • 0155. 最小栈
    • 0167. 两数之和 II 输入有序数组
    • 0169. 多数元素
    • 0172. 阶乘后的零
    • 0190. 颠倒二进制位
    • 0191. 位 1 的个数
    • 0198. 打家劫舍
    • 0203. 移除链表元素
    • 0206. 反转链表
    • 0219. 存在重复元素 II
    • 0226. 翻转二叉树
    • 0232. 用栈实现队列
    • 0263. 丑数
    • 0283. 移动零
    • 0342. 4 的幂
    • 0349. 两个数组的交集
    • 0371. 两整数之和
    • 401. 二进制手表
    • 0437. 路径总和 III
    • 0455. 分发饼干
    • 0504. 七进制数
    • 0575. 分糖果
    • 0665. 非递减数列
    • 0661. 图片平滑器
    • 821. 字符的最短距离
    • 0874. 模拟行走机器人
    • 1128. 等价多米诺骨牌对的数量
    • 1260. 二维网格迁移
    • 1332. 删除回文子序列
    • 2591. 将钱分给最多的儿童
  • 第五章 - 高频考题(中等)
    • 面试题 17.09. 第 k 个数
    • 面试题 17.23. 最大黑方阵
    • 面试题 16.16. 部分排序
    • Increasing Digits
    • Longest Contiguously Strictly Increasing Sublist After Deletion
    • Consecutive Wins
    • Number of Substrings with Single Character Difference
    • Bus Fare
    • Minimum Dropping Path Sum
    • Every Sublist Min Sum
    • Maximize the Number of Equivalent Pairs After Swaps
    • 0002. 两数相加
    • 0003. 无重复字符的最长子串
    • 0005. 最长回文子串
    • 0011. 盛最多水的容器
    • 0015. 三数之和
    • 0017. 电话号码的字母组合
    • 0019. 删除链表的倒数第 N 个节点
    • 0022. 括号生成
    • 0024. 两两交换链表中的节点
    • 0029. 两数相除
    • 0031. 下一个排列
    • 0033. 搜索旋转排序数组
    • 0039. 组合总和
    • 0040. 组合总和 II
    • 0046. 全排列
    • 0047. 全排列 II
    • 0048. 旋转图像
    • 0049. 字母异位词分组
    • 0050. Pow(x, n)
    • 0055. 跳跃游戏
    • 0056. 合并区间
    • 0060. 第 k 个排列
    • 0061. 旋转链表
    • 0062. 不同路径
    • 0073. 矩阵置零
    • 0075. 颜色分类
    • 0078. 子集
    • 0079. 单词搜索
    • 0080. 删除排序数组中的重复项 II
    • 0086. 分隔链表
    • 0090. 子集 II
    • 0091. 解码方法
    • 0092. 反转链表 II
    • 0094. 二叉树的中序遍历
    • 0095. 不同的二叉搜索树 II
    • 0096. 不同的二叉搜索树
    • 0098. 验证二叉搜索树
    • 0102. 二叉树的层序遍历
    • 0103. 二叉树的锯齿形层次遍历
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    • 0131. 分割回文串
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    • 0150. 逆波兰表达式求值
    • 0152. 乘积最大子数组
    • 0153. 寻找旋转排序数组中的最小值
    • 0199. 二叉树的右视图
    • 0200. 岛屿数量
    • 0201. 数字范围按位与
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    • 1906. 查询差绝对值的最小值
    • 1906. 查询差绝对值的最小值
    • 2007. 从双倍数组中还原原数组
    • 2008. 出租车的最大盈利
    • 2100. 适合打劫银行的日子
    • 2101. 引爆最多的炸弹
    • 2121. 相同元素的间隔之和
    • 2207. 字符串中最多数目的子字符串
    • 2592. 最大化数组的伟大值
    • 2593. 标记所有元素后数组的分数
    • 2817. 限制条件下元素之间的最小绝对差
    • 2865. 美丽塔 I
    • 2866. 美丽塔 II
    • 2939. 最大异或乘积
    • 3377. 使两个整数相等的数位操作
    • 3404. 统计特殊子序列的数目
    • 3428. 至多 K 个子序列的最大和最小和
  • 第六章 - 高频考题(困难)
    • LCP 20. 快速公交
    • LCP 21. 追逐游戏
    • Number Stream to Intervals
    • Triple-Inversion
    • Kth-Pair-Distance
    • Minimum-Light-Radius
    • Largest Equivalent Set of Pairs
    • Ticket-Order.md
    • Connected-Road-to-Destination
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    • 0023. 合并 K 个升序链表
    • 0025. K 个一组翻转链表
    • 0030. 串联所有单词的子串
    • 0032. 最长有效括号
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    • 0052. N 皇后 II
    • 0057. 插入区间
    • 0065. 有效数字
    • 0084. 柱状图中最大的矩形
    • 0085. 最大矩形
    • 0087. 扰乱字符串
    • 0124. 二叉树中的最大路径和
    • 0128. 最长连续序列
    • 0132. 分割回文串 II
    • 0140. 单词拆分 II
    • 0145. 二叉树的后序遍历
    • 0146. LRU 缓存机制
    • 0154. 寻找旋转排序数组中的最小值 II
    • 0212. 单词搜索 II
    • 0239. 滑动窗口最大值
    • 0295. 数据流的中位数
    • 0297. 二叉树的序列化与反序列化
    • 0301. 删除无效的括号
    • 0312. 戳气球
    • 330. 按要求补齐数组
    • 0335. 路径交叉
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    • 0472. 连接词
    • 0480. 滑动窗口中位数
    • 0483. 最小好进制
    • 0488. 祖玛游戏
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    • 0679. 24 点游戏
    • 0715. Range 模块
    • 0726. 原子的数量
    • 0768. 最多能完成排序的块 II
    • 0805. 数组的均值分割
    • 0839. 相似字符串组
    • 0887. 鸡蛋掉落
    • 0895. 最大频率栈
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    • 0995. K 连续位的最小翻转次数
    • 1032. 字符流
    • 1168. 水资源分配优化
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    • 1203. 项目管理
    • 1255. 得分最高的单词集合
    • 1345. 跳跃游戏 IV
    • 1449. 数位成本和为目标值的最大数字
    • 1494. 并行课程 II
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    • 1649. 通过指令创建有序数组
    • 1671. 得到山形数组的最少删除次数
    • 1707. 与数组中元素的最大异或值
    • 1713. 得到子序列的最少操作次数
    • 1723. 完成所有工作的最短时间
    • 1787. 使所有区间的异或结果为零
    • 1835. 所有数对按位与结果的异或和
    • 1871. 跳跃游戏 VII
    • 1872. 石子游戏 VIII
    • 1883. 准时抵达会议现场的最小跳过休息次数
    • 1970. 你能穿过矩阵的最后一天
    • 2009. 使数组连续的最少操作数
    • 2025. 分割数组的最多方案数
    • 2030. 含特定字母的最小子序列
    • 2102. 序列顺序查询
    • 2141. 同时运行 N 台电脑的最长时间
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    • 2209. 用地毯覆盖后的最少白色砖块
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    • 2306. 公司命名
    • 2312. 卖木头块
    • 2842. 统计一个字符串的 k 子序列美丽值最大的数目
    • 2972. 统计移除递增子数组的数目 II
    • 3027. 人员站位的方案数 II
    • 3041. 修改数组后最大化数组中的连续元素数目
    • 3082. 求出所有子序列的能量和
    • 3108. 带权图里旅途的最小代价
    • 3347. 执行操作后元素的最高频率 II
    • 3336. 最大公约数相等的子序列数量
    • 3410. 删除所有值为某个元素后的最大子数组和
  • 后序
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  • 概述
  • 前序遍历
  • 中序遍历
  • 后序遍历
  • 层次遍历
  • 双色标记法
  • Morris 遍历
  • 总结
  • 相关专题
  • 相关题目

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  1. 第一章 - 算法专题

二叉树的遍历

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最后更新于2年前

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概述

二叉树作为一个基础的数据结构,遍历算法作为一个基础的算法,两者结合当然是经典的组合了。很多题目都会有 ta 的身影,有直接问二叉树的遍历的,有间接问的。比如要你找到树中满足条件的节点,就是间接考察树的遍历,因为你要找到树中满足条件的点,就需要进行遍历。

你如果掌握了二叉树的遍历,那么也许其他复杂的树对于你来说也并不遥远了

二叉数的遍历主要有前中后遍历和层次遍历。 前中后属于 DFS,层次遍历则可以使用 BFS 或者 DFS 来实现。只不过使用 BFS 来实现层次遍历会容易些,因为层次遍历就是 BFS 的副产物啊,你可以将层次遍历看成没有提前终止的 BFS

DFS 和 BFS 都有着自己的应用,比如 leetcode 301 号问题和 609 号问题。

DFS 都可以使用栈来简化操作,并且其实树本身是一种递归的数据结构,因此递归和栈对于 DFS 来说是两个关键点。

DFS 图解:

binary-tree-traversal-dfs

(图片来自 https://github.com/trekhleb/javascript-algorithms/tree/master/src/algorithms/tree/depth-first-search)

BFS 的关键点在于如何记录每一层次是否遍历完成, 我们可以用一个标识位来表式当前层的结束。

对于前中后序遍历来说。首先不管是前中还是后序遍历,变的只是根节点的位置, 左右节点的顺序永远是先左后右。 比如前序遍历就是根在前面,即根左右。中序就是根在中间,即左根右。后序就是根在后面,即左右根。

下面我们依次讲解:

前序遍历

前序遍历的顺序是根-左-右

思路是:

  1. 先将根结点入栈

  2. 出栈一个元素,将右节点和左节点依次入栈

  3. 重复 2 的步骤

总结: 典型的递归数据结构,典型的用栈来简化操作的算法。

其实从宏观上表现为:自顶向下依次访问左侧链,然后自底向上依次访问右侧链,如果从这个角度出发去写的话,算法就不一样了。从上向下我们可以直接递归访问即可,从下向上我们只需要借助栈也可以轻易做到。

整个过程大概是这样:

这种思路有一个好处就是可以统一三种遍历的思路. 这个很重要,如果不了解的朋友,希望能够记住这一点。

中序遍历

中序遍历的顺序是 左-根-右,根节点不是先输出,这就有一点点复杂了。

  1. 根节点入栈

  2. 判断有没有左节点,如果有,则入栈,直到叶子节点

此时栈中保存的就是所有的左节点和根节点。

  1. 出栈,判断有没有右节点,有则入栈,继续执行 2

后序遍历

后序遍历的顺序是 左-右-根

这个就有点难度了,要不也不会是 leetcode 困难的 难度啊。

其实这个也是属于根节点先不输出,并且根节点是最后输出。 这里可以采用一种讨巧的做法, 就是记录当前节点状态,如果:

  1. 当前节点是叶子节点或者

  2. 当前节点的左右子树都已经遍历过了,那么就可以出栈了。

对于 1. 当前节点是叶子节点,这个比较好判断,只要判断 left 和 rigt 是否同时为 null 就好。

对于 2. 当前节点的左右子树都已经遍历过了, 只需要用一个变量记录即可。最坏的情况,我们记录每一个节点的访问状况就好了,空间复杂度 O(n) 但是仔细想一下,我们使用了栈的结构,从叶子节点开始输出,我们记录一个当前出栈的元素就好了,空间复杂度 O(1), 具体请查看上方链接。

层次遍历

层次遍历的关键点在于如何记录每一层次是否遍历完成, 我们可以用一个标识位来表式当前层的结束。

(图片来自 https://github.com/trekhleb/javascript-algorithms/tree/master/src/algorithms/tree/breadth-first-search)

具体做法:

  1. 根节点入队列, 并入队列一个特殊的标识位,此处是 null

  2. 出队列

  3. 判断是不是 null, 如果是则代表本层已经结束。我们再次判断是否当前队列为空,如果不为空继续入队一个 null,否则说明遍历已经完成,我们什么都不不用做

  4. 如果不为 null,说明这一层还没完,则将其左右子树依次入队列。

相关问题:

双色标记法

我们知道垃圾回收算法中,有一种算法叫三色标记法。 即:

  • 用白色表示尚未访问

  • 灰色表示尚未完全访问子节点

  • 黑色表示子节点全部访问

那么我们可以模仿其思想,使用双色标记法来统一三种遍历。

其核心思想如下:

  • 使用颜色标记节点的状态,新节点为白色,已访问的节点为灰色。

  • 如果遇到的节点为白色,则将其标记为灰色,然后将其右子节点、自身、左子节点依次入栈。

  • 如果遇到的节点为灰色,则将节点的值输出。

使用这种方法实现的中序遍历如下:

class Solution:
    def inorderTraversal(self, root: TreeNode) -> List[int]:
        WHITE, GRAY = 0, 1
        res = []
        stack = [(WHITE, root)]
        while stack:
            color, node = stack.pop()
            if node is None: continue
            if color == WHITE:
                stack.append((WHITE, node.right))
                stack.append((GRAY, node))
                stack.append((WHITE, node.left))
            else:
                res.append(node.val)
        return res

可以看出,实现上 WHITE 就表示的是递归中的第一次进入过程,Gray 则表示递归中的从叶子节点返回的过程。 因此这种迭代的写法更接近递归写法的本质。

如要实现前序、后序遍历,只需要调整左右子节点的入栈顺序即可。可以看出使用三色标记法, 其写法类似递归的形式,因此便于记忆和书写,缺点是使用了额外的内存空间。不过这个额外的空间是线性的,影响倒是不大。

虽然递归也是额外的线性时间,但是递归的栈开销还是比一个 0,1 变量开销大的。换句话说就是空间复杂度的常数项是不同的,这在一些情况下的差异还是蛮明显的。

划重点:双色迭代法是一种可以用迭代模拟递归的写法,其写法和递归非常相似,要比普通迭代简单地多。

Morris 遍历

我们可以使用一种叫做 Morris 遍历的方法,既不使用递归也不借助于栈。从而在 $O(1)$ 空间完成这个过程。

如果你需要使用 $O(1)$ 空间遍历一棵二叉树,那么就要使用 Morris 遍历。

这个算法考察相对少,作为了解即可。

def MorrisTraversal(root):
    curr = root

    while curr:
        # If left child is null, print the
        # current node data. And, update
        # the current pointer to right child.
        if curr.left is None:
            print(curr.data, end= " ")
            curr = curr.right

        else:
            # Find the inorder predecessor
            prev = curr.left

            while prev.right is not None and prev.right is not curr:
                prev = prev.right

            # If the right child of inorder
            # predecessor already points to
            # the current node, update the
            # current with it's right child
            if prev.right is curr:
                prev.right = None
                curr = curr.right

            # else If right child doesn't point
            # to the current node, then print this
            # node's data and update the right child
            # pointer with the current node and update
            # the current with it's left child
            else:
                print (curr.data, end=" ")
                prev.right = curr
                curr = curr.left

划重点:Morris 是一种可以在 $O(1)$ 空间遍历二叉树的算法。

总结

本文详细讲解了二叉树的层次遍历和深度优先遍历。

对于深度优先遍历,我们又细分为前中后序三种遍历方式。

最后我们讲解了双色遍历和 Morris 遍历。这两种方式可以作为了解,不掌握也没关系。

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值得注意的是,中序遍历一个二叉查找树(BST)的结果是一个有序数组,利用这个性质有些题目可以得到简化, 比如, 以及

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参考:

另外,如果题目要求你实现迭代器(就是调用一次输出一个二叉树的值),那么前面讲的迭代的方式就非常适用了。比如这道题

144.binary-tree-preorder-traversal
94.binary-tree-inorder-traversal
230.kth-smallest-element-in-a-bst
98.validate-binary-search-tree
145.binary-tree-postorder-traversal
102.binary-tree-level-order-traversal
117. 填充每个节点的下一个右侧节点指针 II
what-is-morris-traversal
Binary Search Tree Iterator
几乎刷完了力扣所有的树题,我发现了这些东西。。。
lowest-common-ancestor-of-a-binary-tree
binary-tree-level-order-traversal
binary-tree-zigzag-level-order-traversal
validate-binary-search-tree
maximum-depth-of-binary-tree
balanced-binary-tree
binary-tree-level-order-traversal-ii
binary-tree-maximum-path-sum
insert-into-a-binary-search-tree