1.问题定义
给定一棵二叉树,要求按分层遍历该二叉树,即从上到下按层次访问该二叉树(每一层将单独输出一行),每一层要求访问的顺序为从左到右,并将节点依次编号。下面是一个例子:
输出:
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节点的定义:
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书上的解法
书上举出两个解法。第一个解法是用递归方式,搜寻并打印某一层的节点,再打印下一层的节点。这方法简单但时间效率不高(但不需要额外空间),因此书中亦提供了第二个解法。
书中第二个解法,使用vector容器来储存n个节点信息,并用一个游标变量last记录前一层的访问结束条件,实现如下:
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广度优先搜索
书中没有提及,本问题其实是以广度优先搜索(breath-first search, BFS)去遍历一个树结构。广度优先搜索的典型实现是使用队列(queue)。其伪代码如下:
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书上的解法,事实上也使用了一个队列。但本人认为,使用vector容器,较不直觉,而且其空间复杂度是O(n)。
如果用队列去实现BFS,不处理换行,能简单翻译伪代码为C++代码:
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本人觉得这样的算法实现可能比较清楚,而且空间复杂度只需O(m),m为树中最多节点的层的节点数量。最坏的情况是当二叉树为完整,m = n/2。
之后的难点在于如何换行。
本人的尝试之一
第一个尝试,利用了两个队列,一个储存本层的节点,另一个储存下层的节点。遍历本层的节点,把其子代节点排入下层队列。本层遍历完毕后,就可换行,并交换两个队列。
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本实现使用deque而不是queue,因为deque才支持swap()操作。注意,swap()是O(1)的操作,实际上只是交换指针。
这实现要用两个循环(书上的实现也是),并且用了两个队列。能够只用一个循环、一个队列么?
本人的尝试之二
换行问题其实在于如何表达一层的结束。书上采用了游标,而第一个尝试则用了两个队列。本人想到第三个可行方案,是把一个结束信号放进队列里。由于使用queue<Node*>,可以插入一个空指针去表示一层的遍历结束。
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这个实现的代码很贴近之前的PrintBFS(),也只有一个循环。注意一点,当发现空指针(结束信号)时,要检查队列内是否还有节点,如果没有的话还插入新的结束信号,则会做成死循环。
测试代码
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结语
第一个尝试是几个月前做的,没想到今晚写博文又想到了第二个尝试。两个尝试难分优劣,但两种思维或许也可以解决其他问题。还有其他方法么?