【数据结构】二叉树：LeetCode题（一）94. 二叉树的中序遍历，144. 二叉树的前序遍历，145. 二叉树的后序遍历，102. 二叉树的层序遍历

文章开始前，先放个传送门二叉树特性浅析及Java实现DFS、BFS。那么，这篇我们就来看看二叉树在LeetCode最基本的三个题：中序遍历，前序遍历，后序遍历，层序遍历。其实解法真没什么说的了，都是八股文...

94. 二叉树的中序遍历²

给定一个二叉树，返回它的中序遍历。

示例:

输入: [1,null,2,3]
   1
    \
     2
    /
   3

输出: [1,3,2]

解法一：递归

中序：左根右，将根换成add()就行

class Solution {
    public List<Integer> inorderTraversal(TreeNode root) {
        List<Integer> res = new ArrayList<>();
        inOrder(root,res);
        return res;
    }

    private void inOrder(TreeNode node,List res) {
        if (node == null) return;
        inOrder(node.left,res);
        res.add(node.val);
        inOrder(node.right,res);
    }
}

解法二：迭代

递归是内部维护了一个函数调用栈，而使用迭代的话，就要自己用一个栈来保存所有结点，依次出栈并取值

public List<Integer> inorderTraversal(TreeNode root) {
        List<Integer> res = new ArrayList<>();
        Stack<TreeNode> stack = new Stack<>();
		
        // root=null，树的非空判断
        // stack.isEmpty，树遍历完的判断
        while (root != null || !stack.isEmpty()) {
            // 遍历当前节点的所有左子树
            while (root != null) {
                stack.push(root);
                root = root.left;
            }
	        // 栈顶此时是最左节点，出栈，取值
            root = stack.pop();
            res.add(root.val);
            
            // 处理下一个节点（子树）
            // 1.叶子节点了:root=root.right==null，但stack不是Empty，所以出栈当前节点的父节点
     		// 2.未到叶子节点，root=root.right，遍历当前节点的右子节点
            root = root.right;
        }
        return res;
    }

144. 二叉树的前序遍历²

给定一个二叉树，返回它的前序遍历。

示例:

输入: [1,null,2,3]  
   1
    \
     2
    /
   3 

输出: [1,2,3]

解法一：递归

前序：根左右，将根换成add()就行

class Solution {
    public List<Integer> preorderTraversal(TreeNode root) {
        List<Integer> res = new ArrayList<>();
        preOrder(root ,res);
        return res;
    }

    public void preOrder(TreeNode root,List<Integer> res) {
        if (root == null) return;
        res.add(root.val);
        preOrder(root.left, res);
        preOrder(root.right, res);
    }
}

解法二：迭代

public List<Integer> preorderTraversal(TreeNode root) {
    
    List<Integer> res = new ArrayList<>();
    Stack<TreeNode> stack = new Stack<>();
		
    stack.push(root);
    while(!stack.empty()){
        root = stack.pop();
        res.add(root.val);
        if(root.right != null) stack.push(root.right);
        if(root.left != null) stack.push(root.left);
    }
    return res;
}

145. 二叉树的后序遍历³

给定一个二叉树，返回它的后序遍历。

示例:

输入: [1,null,2,3]  
   1
    \
     2
    /
   3 

输出: [3,2,1]

解法一：递归

后序：左右根，将根换成add()就行

class Solution {
    public List<Integer> postorderTraversal(TreeNode root) {
        List<Integer> res = new ArrayList<>();
        postOrder(root,res);
        return res;
    }

    public void postOrder(TreeNode root, List<Integer> res) {
        if (root == null) return;
        postOrder(root.left,res);
        postOrder(root.right,res);
        res.add(root.val);
    }
}

解法二：迭代*

public List<Integer> postorderTraversal(TreeNode root) {

    List<Integer> res = new ArrayList<>();
    Stack<TreeNode> stack = new Stack<>();
		
    stack.push(root);
    while(!stack.empty()){
        root = stack.pop();
        res.add(0, root.val); // 头插
        if(root.left != null) stack.push(root.left); // 与前序遍历相反
        if(root.right != null) stack.push(root.right);
    }
    return res;
}

102. 二叉树的层序遍历²

给你一个二叉树，请你返回其按层序遍历得到的节点值。（即逐层地，从左到右访问所有节点）。

示例：二叉树：[3,9,20,null,null,15,7],

返回其层次遍历结果：

[
  [3],
  [9,20],
  [15,7]
]

解法：BFS

public List<List<Integer>> levelOrder(TreeNode root) {
        if (root == null) return new ArrayList<>();
        Queue<TreeNode> queue = new LinkedList<>();
        queue.offer(root);
        List<List<Integer>> res = new ArrayList<>();

        while (!queue.isEmpty()) {
            List<Integer> list = new ArrayList<>();
            int size = queue.size();
            for (int i = 0; i < size; i++) {
                TreeNode node = queue.poll();
                list.add(node.val);
                if (node.left != null) queue.offer(node.left);
                if (node.right != null) queue.offer(node.right);
            }
            res.add(list);
        }
        return res;
    }