中序遍历(基于栈的非递归实现)和层序遍历(基于队列的实现)是二叉树遍历中的两种重要方法,分别体现了深度优先与广度优先的访问策略。
- 中序遍历(非递归,基于栈)
definorder_traversal(root):stack=[]result=[]current=rootwhilecurrentorstack:# 一直向左走到底,将路径上节点入栈whilecurrent:stack.append(current)current=current.left# 当前为空,弹出栈顶并访问current=stack.pop()result.append(current.val)# 访问节点current=current.right# 转向右子树returnresult该方式模拟了递归调用的过程,通过显式使用栈来保存回溯路径,确保在访问完左子树后能正确回到根节点再进入右子树。
- 层序遍历(基于队列)
fromcollectionsimportdequedeflevel_order_traversal(root):ifnotroot:return[]queue=deque([root])result=[]whilequeue:node=queue.popleft()result.append(node.val)ifnode.left:queue.append(node.left)ifnode.right:queue.append(node.right)returnresult利用先进先出的队列特性,保证每一层的节点按从左到右顺序被处理,适合用于求解树的层次结构相关问题,如层平均值、最大宽度等。
补充说明中强调:不同遍历方式生成的线性序列反映了不同的逻辑顺序。例如:
- 中序遍历对二叉搜索树可得到升序序列;
- 层序遍历则揭示了树的层级分布。
这些序列中所谓的“前驱”与“后继”关系依赖于具体的遍历规则,并无全局统一性。
前序遍历和后序遍历的非递归实现同样基于栈结构,但访问节点的顺序不同,因此入栈策略也有所区别。
1.前序遍历(根 → 左 → 右)非递归实现
核心思想:使用栈模拟递归过程。每次弹出一个节点并访问,然后先将其右子节点入栈,再将左子节点入栈(确保左子树优先被处理)。
defpreorder_traversal(root):ifnotroot:return[]stack=[root]result=[]whilestack:node=stack.pop()result.append(node.val)# 先压右再压左,保证左子树先出栈ifnode.right:stack.append(node.right)ifnode.left:stack.append(node.left)returnresult2.后序遍历(左 → 右 → 根)非递归实现
后序遍历较复杂,因为根节点必须在左右子树都访问完之后才能输出。常用方法是“双栈法”或“标记法”。这里介绍简洁高效的双栈法:
思路:
- 第一个栈用于遍历,顺序为:根 → 左 → 右(类似前序);
- 将访问的节点按此顺序压入第二个栈;
- 最终从第二个栈弹出时,顺序变为:根 ← 右 ← 左,即后序的逆序。
defpostorder_traversal(root):ifnotroot:return[]stack1=[root]# 主栈,用于遍历stack2=[]# 辅助栈,记录逆序结果whilestack1:node=stack1.pop()stack2.append(node)# 先压左再压右,保证右子树先处理ifnode.left:stack1.append(node.left)ifnode.right:stack1.append(node.right)# 弹出辅助栈得到后序序列result=[]whilestack2:result.append(stack2.pop().val)returnresult💡 提示:也可以用单栈+指针标记已访问子树的方式实现,但双栈更直观易懂。
总结对比
| 遍历方式 | 访问顺序 | 栈操作特点 |
|---|---|---|
| 前序 | 根 → 左 → 右 | 直接弹出访问,先压右后压左 |
| 中序 | 左 → 根 → 右 | 一路向左入栈,为空则弹出访问并转向右 |
| 后序 | 左 → 右 → 根 | 使用双栈,模拟反向输出 |