树结构的基础部分「Java数据结构与算法学习笔记9」

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二叉树

树说明及示意图

为什么需要树这种数据结构：

• 数组存储方式的分析
  • 优点：通过下标方式访问元素速度快。对于有序数组，还可使用二分查找提高检索速度
  • 缺点：如果要检索具体某个值，或者插入值（按一定顺序）会整体移动，效率较低
    • 数组扩容：每次在底层都需要创建新的数组，要将原来的数据拷贝到数组，并插入新的数据
    • ArrayList底层仍然是进行数组扩容
• 链式存储方式的分析
  • 优点：在一定程度上对数组存储方式有优化。比如：插入一个数值节点，只需要将插入节点，链接到链表中即可，删除效率也很好
  • 缺点：在进行检索时，效率仍然较低。比如：检索某个值，需要从头节点开始遍历
• 树存储方式的分析
  • 能提高数据存储、读取的效率, 比如利用二叉排序树（Binary Sort Tree），既可以保证数据的检索速度，同时也可以保证数据的插入、删除、修改的速度

树示意图：

树的常用术语：

• 节点/节点对象
• 根节点
• 父节点
• 子节点
• 叶子节点（没有子节点的节点）
• 节点的权（节点值，自定义的）
• 路径（从根节点找到该节点的路线）
• 层
• 子树
• 树的高度（最大层数）
• 森林：多颗子树构成森林

二叉树概念

• 树有很多种，每个节点最多只能有两个子节点的一种形式称为二叉树。
• 二叉树的子节点分为左节点和右节点。

• 如果该二叉树的所有叶子节点都在最后一层，并且 结点总数= 2^n-1（n为层数），则我们称为满二叉树。

• 如果该二叉树的所有叶子节点都在最后一层或者倒数第二层，而且最后一层的叶子节点在左边连续，倒数第二层的叶子节点在右边连续，我们称为完全二叉树。

遍历二叉树

使用前序、中序和后序对二叉树进行遍历：

1. 前序遍历：先输出父节点，再遍历左子树和右子树
2. 中序遍历：先遍历左子树，再输出父节点，再遍历右子树
3. 后序遍历：先遍历左子树，再遍历右子树，最后输出父节点
4. 小结：看输出父节点的顺序，就确定是前序，中序还是后序

代码实现：

package com.datastructures.tree.binarytree;

/**
 * HeroNode 节点
 */
public class HeroNode {
    private int no;
    private String name;
    private HeroNode left; // 默认null
    private HeroNode right; // 默认null

    public HeroNode(int no, String name) {
        this.no = no;
        this.name = name;
    }

    public int getNo() {
        return no;
    }

    public void setNo(int no) {
        this.no = no;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public HeroNode getLeft() {
        return left;
    }

    public void setLeft(HeroNode left) {
        this.left = left;
    }

    public HeroNode getRight() {
        return right;
    }

    public void setRight(HeroNode right) {
        this.right = right;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "HeroNode{" +
                "no=" + no +
                ", name='" + name + '\'' +
                '}';
    }

    /**
     * 前序遍历
     * <p>
     * 1、先输出当前节点（初始的时候是root节点）
     * 2、如果左子节点不为空，则递归继续前序遍历
     * 3、如果右子节点不为空，则递归继续前序遍历
     */
    public void preOrder() {
        // 先输出当前节点
        System.out.println(this);
        // 如果左子节点不为空，则递归继续前序遍历
        if (this.left != null) {
            this.left.preOrder();
        }
        // 如果右子节点不为空，则递归继续前序遍历
        if (this.right != null) {
            this.right.preOrder();
        }
    }

    /**
     * 中序遍历
     * <p>
     * 1、如果当前节点的左子节点不为空，则递归继续中序遍历
     * 2、输出当前节点
     * 3、如果当前节点的右子节点不为空，则递归继续中序遍历
     */
    public void infixOrder() {
        // 如果当前节点的左子节点不为空，则递归继续中序遍历
        if (this.left != null) {
            this.left.infixOrder();
        }
        // 输出当前节点
        System.out.println(this);
        // 如果当前节点的右子节点不为空，则递归继续中序遍历
        if (this.right != null) {
            this.right.infixOrder();
        }
    }

    /**
     * 后序遍历
     * <p>
     * 1、如果当前节点的左子节点不为空，则递归继续后序遍历
     * 2、如果当前节点的右子节点不为空，则递归继续后序遍历
     * 3、输出当前节点
     */
    public void postOrder() {
        //如果当前节点的左子节点不为空，则递归继续后序遍历
        if (this.left != null) {
            this.left.postOrder();
        }
        // 如果当前节点的右子节点不为空，则递归继续后序遍历
        if (this.right != null) {
            this.right.postOrder();
        }
        // 输出当前节点
        System.out.println(this);
    }
}

package com.datastructures.tree.binarytree;

public class BinaryTree {
    private HeroNode root;

    public void setRoot(HeroNode root) {
        this.root = root;
    }

    // 前序遍历
    public void preOrder() {
        if (this.root != null) {
            this.root.preOrder();
        } else {
            System.out.println("二叉树为空，无法遍历");
        }
    }

    // 中序遍历
    public void infixOrder() {
        if (this.root != null) {
            this.root.infixOrder();
        } else {
            System.out.println("二叉树为空，无法遍历");
        }
    }

    // 后序遍历
    public void postOrder() {
        if (this.root != null) {
            this.root.postOrder();
        } else {
            System.out.println("二叉树为空，无法遍历");
        }
    }
}

package com.datastructures.tree.binarytree;

public class BinaryTreeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 首先需要创建一棵二叉树
        BinaryTree binaryTree = new BinaryTree();
        // 创建节点
        HeroNode root = new HeroNode(1, "宋江");
        HeroNode node2 = new HeroNode(2, "吴用");
        HeroNode node3 = new HeroNode(3, "卢俊义");
        HeroNode node4 = new HeroNode(4, "林冲");
        HeroNode node5 = new HeroNode(5, "关胜");
        // 这里先手动创建二叉树（后续使用递归的方式）
        binaryTree.setRoot(root);
        root.setLeft(node2);
        root.setRight(node3);
        node3.setLeft(node5);
        node3.setRight(node4);

        System.out.println("前序遍历："); // 结果：1 2 3 5 4
        binaryTree.preOrder();

        System.out.println("中序遍历："); // 结果：2 1 5 3 4
        binaryTree.infixOrder();

        System.out.println("后序遍历："); // 结果：2 5 4 3 1
        binaryTree.postOrder();
    }
}

查找节点

需求要求：

1. 请编写前序查找、中序查找和后序查找的方法
2. 并分别使用三种查找方式，查找 heroNO = 5 的节点
3. 分析各种查找方式，分别比较了多少次

思路分析：

代码实现：

package com.datastructures.tree.binarytree;

/**
 * HeroNode 节点
 */
public class HeroNodeFind {
    private int no;
    private String name;
    private HeroNodeFind left; // 默认null
    private HeroNodeFind right; // 默认null

    public HeroNodeFind(int no, String name) {
        this.no = no;
        this.name = name;
    }

    public int getNo() {
        return no;
    }

    public void setNo(int no) {
        this.no = no;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public HeroNodeFind getLeft() {
        return left;
    }

    public void setLeft(HeroNodeFind left) {
        this.left = left;
    }

    public HeroNodeFind getRight() {
        return right;
    }

    public void setRight(HeroNodeFind right) {
        this.right = right;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "HeroNode{" +
                "no=" + no +
                ", name='" + name + '\'' +
                '}';
    }

    /**
     * 前序遍历查找
     *
     * @param no 要查找的no
     * @return 如果找到就返回该 Node，如果没找到就返回 null
     */
    public HeroNodeFind preOrderSearch(int no) {
        System.out.println("进入前序遍历查找");
        // 比较当前节点是不是
        if (this.no == no) {
            return this;
        }
        // 不相等，判断当前节点的左子节点是否为空，如果不为空，则向左递归前序查找
        // 如果左递归前序查找找到了就返回
        HeroNodeFind resultNode = null;
        if (this.left != null) { // 如果不为空，则向左递归前序查找
            resultNode = this.left.preOrderSearch(no);
        }
        if (resultNode != null) { // 说明在递归的时候找到了
            return resultNode;
        }
        // 继续判断，当前节点的右子节点是否为空，如果不为空则继续向右递归前序查找
        if (this.right != null) {
            resultNode = this.right.preOrderSearch(no);
        }
        return resultNode; // 不管是否递归找到，都要返回，后面判断
    }

    /**
     * 中序遍历查找
     */
    public HeroNodeFind infixOrderSearch(int no) {
        // 判断当前节点的左子节点是否为空，如果不为空，则递归中序查找
        HeroNodeFind resultNode = null;
        if (this.left != null) {
            resultNode = this.left.infixOrderSearch(no);
        }
        // 如果找到了就返回
        if (resultNode != null) { // 说明找到了
            return resultNode;
        }
        System.out.println("进入中序遍历查找");
        // 如果没找到，就和当前节点比较，如果相等则返回当前节点
        if (this.no == no) {
            return this;
        }
        // 否则继续进行向右递归的中序查找
        if (this.right != null) {
            resultNode = this.right.infixOrderSearch(no);
        }
        return resultNode; // 不管是否递归找到，都要返回，后面判断
    }

    /**
     * 后序遍历查找
     */
    public HeroNodeFind postOrderSearch(int no) {
        // 判断当前节点的左子节点是否为空，如果不为空，则递归后序查找
        HeroNodeFind resultNode = null;
        if (this.left != null) {
            resultNode = this.left.postOrderSearch(no);
        }
        // 如果找到了就返回
        if (resultNode != null) { // 说明左子树找到了
            return resultNode;
        }
        // 如果没找到，就判断前节点的右子节点是否为空，如果不为空则继续向右递归前序查找
        if (this.right != null) {
            resultNode = this.right.postOrderSearch(no);
        }
        if (resultNode != null) { // 说明右子树找到了
            return resultNode;
        }
        System.out.println("进入后序遍历查找");
        // 如果没找到，就和当前节点比较，如果相等则返回当前节点，否则返回null
        if (this.no == no) {
            return this;
        }
        return resultNode; // 不管是否递归找到，都要返回，后面判断
    }
}

package com.datastructures.tree.binarytree;

public class BinaryTreeFind {
    private HeroNodeFind root;

    public void setRoot(HeroNodeFind root) {
        this.root = root;
    }

    // 前序遍历查找
    public HeroNodeFind preOrderSearch(int no) {
        if (this.root != null) {
            return this.root.preOrderSearch(no);
        } else {
            return null;
        }
    }

    // 中序遍历查找
    public HeroNodeFind infixOrderSearch(int no) {
        if (this.root != null) {
            return this.root.infixOrderSearch(no);
        } else {
            return null;
        }
    }

    // 后序遍历查找
    public HeroNodeFind postOrderSearch(int no) {
        if (this.root != null) {
            return this.root.postOrderSearch(no);
        } else {
            return null;
        }
    }
}

package com.datastructures.tree.binarytree;

public class BinaryTreeFindDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 首先需要创建一棵二叉树
        BinaryTreeFind binaryTree = new BinaryTreeFind();
        // 创建节点
        HeroNodeFind root = new HeroNodeFind(1, "宋江");
        HeroNodeFind node2 = new HeroNodeFind(2, "吴用");
        HeroNodeFind node3 = new HeroNodeFind(3, "卢俊义");
        HeroNodeFind node4 = new HeroNodeFind(4, "林冲");
        HeroNodeFind node5 = new HeroNodeFind(5, "关胜");
        // 这里先手动创建二叉树（后续使用递归的方式）
        binaryTree.setRoot(root);
        root.setLeft(node2);
        root.setRight(node3);
        node3.setLeft(node5);
        node3.setRight(node4);

        System.out.println("前序遍历查找："); // 结果：4次
        HeroNodeFind result1 = binaryTree.preOrderSearch(5);
        if (result1 != null){
            System.out.println("查找成功，节点信息 = " + result1.toString());
        } else {
            System.out.println("查找失败-" + 5);
        }

        System.out.println("中序遍历查找："); // 结果：3次
        HeroNodeFind result2 = binaryTree.infixOrderSearch(5);
        if (result2 != null){
            System.out.println("查找成功，节点信息 = " + result2.toString());
        } else {
            System.out.println("查找失败-" + 5);
        }

        System.out.println("后序遍历查找："); // 结果：2次
        HeroNodeFind result3 = binaryTree.postOrderSearch(5);
        if (result3 != null){
            System.out.println("查找成功，节点信息 = " + result3.toString());
        } else {
            System.out.println("查找失败-" + 5);
        }
    }
}

删除节点

需求要求：

1. 如果删除的节点是叶子节点，则删除该节点
2. 如果删除的节点是非叶子节点，则删除该子树
3. 测试：删除掉5号叶子节点和3号子树

思路分析：

代码实现：

package com.datastructures.tree.binarytree;

/**
 * HeroNode 节点
 */
public class HeroNodeDelete {
    private int no;
    private String name;
    private HeroNodeDelete left; // 默认null
    private HeroNodeDelete right; // 默认null

    public HeroNodeDelete(int no, String name) {
        this.no = no;
        this.name = name;
    }

    public int getNo() {
        return no;
    }

    public void setNo(int no) {
        this.no = no;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public HeroNodeDelete getLeft() {
        return left;
    }

    public void setLeft(HeroNodeDelete left) {
        this.left = left;
    }

    public HeroNodeDelete getRight() {
        return right;
    }

    public void setRight(HeroNodeDelete right) {
        this.right = right;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "HeroNode{" +
                "no=" + no +
                ", name='" + name + '\'' +
                '}';
    }

    // 留一个前序遍历
    public void preOrder() {
        // 先输出当前节点
        System.out.println(this);
        // 如果左子节点不为空，则递归继续前序遍历
        if (this.left != null) {
            this.left.preOrder();
        }
        // 如果右子节点不为空，则递归继续前序遍历
        if (this.right != null) {
            this.right.preOrder();
        }
    }

    /**
     * 递归删除节点
     * <p>
     * 1. 如果删除的节点是叶子节点，则删除该节点
     * 2. 如果删除的节点是非叶子节点，则删除该子树
     *
     * @param no
     */
    public void deleteNode(int no) {
        // 如果当前节点的左子节点不为空，并且左子节点就是要删除的节点
        // 就将this.left=null，并且就返回（结束递归删除）
        if (this.left != null && this.left.no == no) {
            this.left = null;
            return;
        }
        // 如果当前节点的右子节点不为空，并且右子节点就是要删除的节点
        // 就将this.right=null，并且就返回（结束递归删除）
        if (this.right != null && this.right.no == no) {
            this.right = null;
            return;
        }
        // 没有删除节点，向左子树进行递归删除
        if (this.left != null) {
            this.left.deleteNode(no);
        }
        // 向右子树进行递归删除
        if (this.right != null) {
            this.right.deleteNode(no);
        }
    }
}

package com.datastructures.tree.binarytree;

public class BinaryTreeDelete {
    private HeroNodeDelete root;

    public void setRoot(HeroNodeDelete root) {
        this.root = root;
    }

    // 前序遍历
    public void preOrder() {
        if (this.root != null) {
            this.root.preOrder();
        } else {
            System.out.println("二叉树为空，无法遍历");
        }
    }

    /**
     * 删除节点
     *
     * @param no
     */
    public void deleteNode(int no) {
        if (root != null) {
            // 如果只有一个root节点，这里判断是不是就是要删除的
            if (root.getNo() == no) {
                root = null;
            } else { // 递归删除
                root.deleteNode(no);
            }
        } else {
            System.out.println("空树，无法删除");
        }
    }
}

package com.datastructures.tree.binarytree;

public class BinaryTreeDeleteDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 首先需要创建一棵二叉树
        BinaryTreeDelete binaryTree = new BinaryTreeDelete();
        // 创建节点
        HeroNodeDelete root = new HeroNodeDelete(1, "宋江");
        HeroNodeDelete node2 = new HeroNodeDelete(2, "吴用");
        HeroNodeDelete node3 = new HeroNodeDelete(3, "卢俊义");
        HeroNodeDelete node4 = new HeroNodeDelete(4, "林冲");
        HeroNodeDelete node5 = new HeroNodeDelete(5, "关胜");
        // 这里先手动创建二叉树（后续使用递归的方式）
        binaryTree.setRoot(root);
        root.setLeft(node2);
        root.setRight(node3);
        node3.setLeft(node5);
        node3.setRight(node4);

        System.out.println("删除前，前序遍历："); // 结果：1 2 3 5 4
        binaryTree.preOrder();
//        binaryTree.deleteNode(5);
//        System.out.println("删除后，前序遍历："); // 结果：1 2 3 4
//        binaryTree.preOrder();
        binaryTree.deleteNode(3);
        System.out.println("删除后，前序遍历："); // 结果：1 2
        binaryTree.preOrder();
    }
}

进阶思考：

1. 如果要删除的节点是非叶子节点，现在我们不希望将该非叶子节点为根节点的子树删除，需要指定规则, 假如规定如下:
   1. 如果该非叶子节点A只有一个子节点B，则子节点B替代节点A
   2. 如果该非叶子节点A有左子节点B和右子节点C，则让左子节点B替代节点A。
2. 请思考，如何完成该删除功能

顺序存储二叉树

基本介绍

从数据存储来看，数组存储方式和树的存储方式可以相互转换，即数组可以转换成树，树也可以转换成数组，看下面的示意图。

要求：

1. 上图的二叉树的结点，要求以数组的方式来存放 arr : [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]
2. 要求在遍历数组 arr 时，仍然可以以前序遍历、中序遍历和后序遍历的方式完成结点的遍历

顺序存储二叉树的特点：

1. 顺序二叉树通常只考虑完全二叉树
2. 第n个元素的左子节点为2 * n + 1
3. 第n个元素的右子节点为2 * n + 2
4. 第n个元素的父节点为 (n-1) / 2
5. n : 表示二叉树中的第几个元素（按0开始编号如图所示）

遍历顺序存储二叉树

需求：一个数组{1,2,3,4,5,6,7}，要求以二叉树前序遍历的方式进行遍历。前序遍历的结果应当为 1,2,4,5,3,6,7

代码实现：

package com.datastructures.tree.binarytree;

/**
 * 实现顺序存储二叉树遍历
 */
public class ArrayBinaryTree {
    private int[] arr; // 存储数据节点的数组

    public ArrayBinaryTree(int[] arr) {
        this.arr = arr;
    }

    /**
     * 前序遍历
     *
     * @param index 数组的下标
     */
    public void preOrder(int index) {
        if (arr == null || arr.length == 0) {
            System.out.println("数组为空，不能按照二叉树的前序遍历");
        }
        // 输出当前这个元素
        System.out.print(arr[index] + " ");
        // 向左递归遍历
        if ((index * 2 + 1) < arr.length) {
            preOrder(index * 2 + 1);
        }
        // 向右递归遍历
        if ((index * 2 + 2) < arr.length) {
            preOrder(index * 2 + 2);
        }
    }

    // 重载 preOrder 方法
    public void preOrder() {
        this.preOrder(0);
    }

    // 中序遍历
    public void infixOrder(int index) {
        if (arr == null || arr.length == 0) {
            System.out.println("数组为空，不能按照二叉树的中序遍历");
        }
        // 向左递归遍历
        if ((index * 2 + 1) < arr.length) {
            infixOrder(index * 2 + 1);
        }
        // 输出当前这个元素
        System.out.print(arr[index] + " ");
        // 向右递归遍历
        if ((index * 2 + 2) < arr.length) {
            infixOrder(index * 2 + 2);
        }
    }

    // 重载 infixOrder 方法
    public void infixOrder() {
        this.infixOrder(0);
    }

    // 后序遍历
    public void postOrder(int index) {
        if (arr == null || arr.length == 0) {
            System.out.println("数组为空，不能按照二叉树的后序遍历");
        }
        // 向左递归遍历
        if ((index * 2 + 1) < arr.length) {
            postOrder(index * 2 + 1);
        }
        // 向右递归遍历
        if ((index * 2 + 2) < arr.length) {
            postOrder(index * 2 + 2);
        }
        // 输出当前这个元素
        System.out.print(arr[index] + " ");
    }

    // 重载 postOrder 方法
    public void postOrder() {
        this.postOrder(0);
    }
}

package com.datastructures.tree.binarytree;

public class ArrayBinaryTreeTest {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {1,2,3,4,5,6,7};
        ArrayBinaryTree arrayBinaryTree = new ArrayBinaryTree(arr);
        arrayBinaryTree.preOrder(); // 预期输出： 1 2 4 5 3 6 7
        System.out.println();
        arrayBinaryTree.infixOrder(); // 预期输出： 4 2 5 1 6 3 7
        System.out.println();
        arrayBinaryTree.postOrder(); // 预期输出： 4 5 2 6 7 3 1
    }
}

应用实例

八大排序算法中的堆排序，就会使用到顺序存储二叉树，关于堆排序，我们放在下一篇章节说明。

线索化二叉树

基本介绍

问题案例：将数列 {1, 3, 6, 8, 10, 14} 构建成一颗二叉树。（n+1=7 个空指针域）

问题分析:

1. 当我们对上面的二叉树进行中序遍历时，数列为 {8, 3, 10, 1, 14, 6}
2. 但是 6, 8, 10, 14 这几个节点的左右指针，并没有完全的利用上
3. 如果我们希望充分的利用各个节点的左右指针，让各个节点可以指向自己的前后节点，怎么办?
4. 解决方案：线索二叉树

线索二叉树基本介绍：

1. n个结点的二叉链表中含有n+1 【公式 2n-(n-1)=n+1】个空指针域。利用二叉链表中的空指针域，存放指向该结点在 某种遍历次序下的前驱和后继结点的指针（这种附加的指针称为"线索"）
2. 这种加上了线索的二叉链表称为线索链表，相应的二叉树称为线索二叉树（Threaded BinaryTree）。根据线索性质的不同，线索二叉树可分为前序线索二叉树、中序线索二叉树和后序线索二叉树三种
3. 一个结点的前一个结点，称为前驱结点
4. 一个结点的后一个结点，称为后继结点

应用实例

需求：将数列 {1, 3, 6, 8, 10, 14} 构建成一颗二叉树，进行中序线索二叉树。中序遍历的数列为 {8, 3, 10, 1, 14, 6}

思路分析：

说明: 当线索化二叉树后，Node节点的属性 left 和 right ，有如下情况：

1. left 指向的是左子树，也可能是指向的前驱节点。比如 ① 节点 left 指向的左子树, 而 ⑩ 节点的 left 指向的就是前驱节点
2. right指向的是右子树，也可能是指向后继节点。比如 ① 节点right 指向的是右子树，而⑩ 节点的right 指向的是后继节点

遍历线索化二叉树

因为线索化后，各个结点指向有变化，因此原来的遍历方式不能使用，这时需要使用新的方式遍历线索化二叉树，各个节点可以通过线型方式遍历，因此无需使用递归方式，这样也提高了遍历的效率。遍历的次序应当和中序遍历保持一致。

代码实现（实现+遍历）：

package com.datastructures.tree.binarytree2;

/**
 * HeroNode 节点
 */
public class HeroNode {
    private int no;
    private String name;
    private HeroNode left; // 默认null
    private HeroNode right; // 默认null

    /**
     * 定义线索化二叉树用到的新的属性：
     * 如果 leftType==0，表示指向的是【左子树】。如果 leftType==1，表示指向【前驱节点】
     * 如果 rightType==0，表示指向的是【右子树】。如果 rightType==1，表示指向【后继节点】
     */
    private int leftType;
    private int rightType;

    public HeroNode(int no, String name) {
        this.no = no;
        this.name = name;
    }

    public int getLeftType() {
        return leftType;
    }

    public void setLeftType(int leftType) {
        this.leftType = leftType;
    }

    public int getRightType() {
        return rightType;
    }

    public void setRightType(int rightType) {
        this.rightType = rightType;
    }

    public int getNo() {
        return no;
    }

    public void setNo(int no) {
        this.no = no;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public HeroNode getLeft() {
        return left;
    }

    public void setLeft(HeroNode left) {
        this.left = left;
    }

    public HeroNode getRight() {
        return right;
    }

    public void setRight(HeroNode right) {
        this.right = right;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "HeroNode{" +
                "no=" + no +
                ", name='" + name + '\'' +
                '}';
    }

    /**
     * 中序遍历
     * <p>
     * 1、如果当前节点的左子节点不为空，则递归继续中序遍历
     * 2、输出当前节点
     * 3、如果当前节点的右子节点不为空，则递归继续中序遍历
     */
    public void infixOrder() {
        // 如果当前节点的左子节点不为空，则递归继续中序遍历
        if (this.left != null) {
            this.left.infixOrder();
        }
        // 输出当前节点
        System.out.println(this);
        // 如果当前节点的右子节点不为空，则递归继续中序遍历
        if (this.right != null) {
            this.right.infixOrder();
        }
    }
}

package com.datastructures.tree.binarytree2;

/**
 * 实现了线索化功能的二叉树
 */
public class ThreadedBinaryTree {
    private HeroNode root;

    /**
     * 为了实现线索化，需要创建一个【指向当前节点的前驱节点】的指针
     * 在递归进行线索化时，pre总是保留【前一个节点】
     */
    private HeroNode pre = null;

    public void setRoot(HeroNode root) {
        this.root = root;
    }

    /**
     * 重载 threadNodes 方法，让他从 root 开始线索化
     */
    public void threadedNodes() {
        this.threadedNodes(root);
    }

    /**
     * 对二叉树进行中序线索化的方法
     *
     * @param node 当前需要线索化的节点
     */
    public void threadedNodes(HeroNode node) {
        // 如果 node 为空，则不能线索化
        if (node == null) {
            return;
        }
        /**
         * 第一步：先线索化左子树
         */
        threadedNodes(node.getLeft());
        /**
         * 第二步：线索化当前节点
         */
        // 1、处理当前节点的前驱节点
        // 以 8 来理解，此时 node = 8，pre = null
        // 8的 left=null，8的 leftType = 1,表示指向前驱节点
        if (node.getLeft() == null) {
            // 让当前节点的左指针指向前驱节点
            node.setLeft(pre);
            // 修改当前节点的左指针的类型，指向前驱节点
            node.setLeftType(1);
        }
        // 2、处理当前节点的后继节点。此时pre = 8
        if (pre != null && pre.getRight() == null) {
            // 让前驱节点的右指针指向当前节点
            pre.setRight(node); // 8的 right（后继节点） 变为 3
            // 修改前驱节点的右指针类型
            pre.setRightType(1);
        }
        // 3、每处理一个节点后，让当前节点是下一个节点的前驱节点
        pre = node; // 处理完 8 后，此时pre = 8。处理完 3 后，此时 pre = 3
        /**
         * 第三步：线索化右子树
         */
        threadedNodes(node.getRight());
    }

    /**
     * 遍历线索化二叉树
     */
    public void threadedList() {
        // 定义一个变量，存储当前遍历的节点，从root开始
        HeroNode node = root;
        while (node != null) {
            // 循环的找到 leftType==1 的节点，第一个找到的就是 8 节点
            // 后面随着遍历而变化，因为当 leftType==1 时，说明该节点是按照线索化处理后的有效节点
            while (node.getLeftType() == 0) {
                node = node.getLeft();
            }
            // 打印当前这个节点
            System.out.println(node);
            // 如果当前节点的右指针指向的是后继节点，就一直输出
            while (node.getRightType() == 1) {
                node = node.getRight();
                System.out.println(node);
            }
            // 替换这个遍历的节点
            node = node.getRight();
        }
    }

    // 中序遍历
    public void infixOrder() {
        if (this.root != null) {
            this.root.infixOrder();
        } else {
            System.out.println("二叉树为空，无法遍历");
        }
    }
}

package com.datastructures.tree.binarytree2;

public class ThreadedBinaryTreeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        HeroNode node1 = new HeroNode(1, "hao1");
        HeroNode node3 = new HeroNode(3, "hao3");
        HeroNode node6 = new HeroNode(6, "hao6");
        HeroNode node8 = new HeroNode(8, "hao8");
        HeroNode node10 = new HeroNode(10, "hao10");
        HeroNode node14 = new HeroNode(14, "hao14");

        // 创建成二叉树
        node1.setLeft(node3);
        node1.setRight(node6);
        node3.setLeft(node8);
        node3.setRight(node10);
        node6.setLeft(node14);

        // 测试中序线索化
        ThreadedBinaryTree threadedBinaryTree = new ThreadedBinaryTree();
        threadedBinaryTree.setRoot(node1);
        threadedBinaryTree.threadedNodes();

        // 以 10 号节点测试
        HeroNode leftNode = node10.getLeft(); // 3
        HeroNode rightNode = node10.getRight(); // 1
        System.out.println("10号节点的前驱节点是：" + leftNode);
        System.out.println("10号节点的后继节点是：" + rightNode);

        // 以 8 号节点测试
        HeroNode leftNode1 = node8.getLeft(); // null
        HeroNode rightNode1 = node8.getRight(); // 3
        System.out.println("8号节点的前驱节点是：" + leftNode1);
        System.out.println("8号节点的后继节点是：" + rightNode1);

        // 以 14 号节点测试
        HeroNode leftNode2 = node14.getLeft(); // 1
        HeroNode rightNode2 = node14.getRight(); // 6
        System.out.println("14号节点的前驱节点是：" + leftNode2);
        System.out.println("14号节点的后继节点是：" + rightNode2);

        // 以 3 号节点测试
        HeroNode leftNode3 = node3.getLeft(); // 8
        HeroNode rightNode3 = node3.getRight(); // 10
        System.out.println("3号节点的前驱节点是：" + leftNode3);
        System.out.println("3号节点的后继节点是：" + rightNode3);

        // 当线索化二叉树后，不能再使用原来的遍历方式
        System.out.println("使用原来的遍历方式遍历线索化二叉树（不能用了）");
        // threadedBinaryTree.infixOrder();
        System.out.println("使用线索化的方式遍历线索化二叉树");
        threadedBinaryTree.threadedList(); // {8, 3, 10, 1, 14, 6}
    }
}