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:

Java poi list写到同一个cell中换行_编程

输出:


1 2 3 4 5 6 7 8


节点的定义:




1



2



3



4



5


struct Node {



Node *pLeft;



Node *pRight;



int data;



};



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:




1



2



3



4



5



6



7



8



9



10



11



12



13



14



15



16



17



18


void PrintNodeByLevel(Node* root) {



vector<Node*> vec; // 这里我们使用STL 中的vector来代替数组,可利用到其动态扩展的属性



vec.push_back(root);



int cur = 0;



int last = 1;



while (cur < vec.size()) {



Last = vec.size(); // 新的一行访问开始,重新定位last于当前行最后一个节点的下一个位置



while (cur < last) {



cout << vec[cur] -> data << " " ; // 访问节点



if (vec[cur] -> lChild) // 当前访问节点的左节点不为空则压入



vec.push_back(vec[cur] -> lChild);



if (vec[cur] -> rChild) // 当前访问节点的右节点不为空则压入,注意左右节点的访问顺序不能颠倒



vec.push_back(vec[cur] -> rChild);



cur++;



}



cout << endl; // 当cur == last时,说明该层访问结束,输出换行符



}



}



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:




1



2



3



4



5



6



7


enqueue(Q, root)



do



node = dequeue(Q)



process(node) //如把内容列印



for each child of node



enqueue(Q, child)



while Q is not empty



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:




1



2



3



4



5



6



7



8



9



10



11



12



13



14


void PrintBFS(Node* root) {



queue<Node*> Q;



Q.push(root);



do {



Node *node = Q.front();



Q.pop();



cout << node->data << " " ;



if (node->pLeft)



Q.push(node->pLeft);



if (node->pRight)



Q.push(node->pRight);



}



while (!Q.empty());



}



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。




1



2



3



4



5



6



7



8



9



10



11



12



13



14



15



16



17


void PrintNodeByLevel(Node* root) {



deque<Node*> Q1, Q2;



Q1.push_back(root);



do {



do {



Node* node = Q1.front();



Q1.pop_front();



cout << node->data << " " ;



if (node->pLeft)



Q2.push_back(node->pLeft);



if (node->pRight)



Q2.push_back(node->pRight);



} while (!Q1.empty());



cout << endl;



Q1.swap(Q2);



} while (!Q1.empty());



}



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。




1



2



3



4



5



6



7



8



9



10



11



12



13



14



15



16



17



18



19



20


void PrintNodeByLevel(Node* root) {



queue<Node*> Q;



Q.push(root);



Q.push(0);



do {



Node* node = Q.front();



Q.pop();



if (node) {



cout << node->data << " " ;



if (node->pLeft)



Q.push(node->pLeft);



if (node->pRight)



Q.push(node->pRight);



}



else if (!Q.empty()) {



Q.push(0);



cout << endl;



}



} while (!Q.empty());



}



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




1



2



3



4



5



6



7



8



9



10



11



12



13



14



15



16



17



18



19



20



21



22



23



24



25



26


void Link(Node* nodes, int parent, int left, int right) {



if (left != -1)



nodes[parent].pLeft = &nodes[left];



 



if (right != -1)



nodes[parent].pRight = &nodes[right];



}



 



void main()



{



Node test1[9] = { 0 };



 



for ( int i = 1; i < 9; i++)



test1[i].data = i;



 



Link(test1, 1, 2, 3);



Link(test1, 2, 4, 5);



Link(test1, 3, 6, -1);



Link(test1, 5, 7, 8);



 



PrintBFS(&test1[1]);



cout << endl << endl;



 



PrintNodeByLevel(&test1[1]);



cout << endl;



}



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?