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Java二叉树深度优先遍历方法详解

时间:2025-08-21 17:57:47 324浏览 收藏

掌握Java二叉树深度优先遍历技巧,提升算法效率!本文深入解析二叉树深度优先遍历的两种核心实现方式:递归与栈。递归实现思路清晰,通过调整访问顺序实现先序、中序、后序遍历,适用于简单场景。栈实现则显式维护节点栈,模拟递归过程,有效避免栈溢出,更适用于处理复杂树结构。文章还探讨了不同遍历方式的应用场景,如先序遍历用于复制树,中序遍历用于二叉搜索树的有序输出,后序遍历则适用于依赖子节点计算的场景。此外,还简要介绍了Morris遍历等空间优化方法。无论选择递归还是栈,都能高效完成深度优先遍历,助你轻松解决二叉树相关问题。

二叉树的深度优先遍历可通过递归和栈实现,1. 递归实现思路直观,按先序(根左右)、中序(左根右)、后序(左右根)调整访问顺序;2. 栈实现通过显式维护节点栈模拟递归过程,需先压入右子节点再压入左子节点以确保左子树优先访问;3. 实际应用中根据需求选择遍历方式:先序用于复制树,中序用于二叉搜索树的有序输出,后序用于依赖子节点计算的场景;4. 除递归和栈外,还可使用Morris遍历等空间优化方法,但会修改树结构。两种主要实现方式均能完成深度优先遍历且结果一致。

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二叉树的深度优先遍历,说白了就是沿着树的深度方向一路走到底,先把左边走完,再走右边。实现起来,递归和栈是两个好帮手。

解决方案

深度优先遍历(DFS)的核心在于“先深后广”,体现在代码上,就是先访问一个节点的子节点,再访问兄弟节点。下面分别用递归和栈来实现:

  • 递归实现:

递归的思路非常直观,就是不断调用自身来访问子节点。

class TreeNode {
    int val;
    TreeNode left;
    TreeNode right;

    TreeNode(int val) {
        this.val = val;
    }
}

public class BinaryTreeDFS {

    public void dfsRecursive(TreeNode root) {
        if (root == null) {
            return;
        }
        System.out.print(root.val + " "); // 先访问根节点
        dfsRecursive(root.left);       // 再访问左子树
        dfsRecursive(root.right);      // 最后访问右子树
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 构造一个简单的二叉树
        TreeNode root = new TreeNode(1);
        root.left = new TreeNode(2);
        root.right = new TreeNode(3);
        root.left.left = new TreeNode(4);
        root.left.right = new TreeNode(5);

        BinaryTreeDFS dfs = new BinaryTreeDFS();
        System.out.println("递归方式深度优先遍历结果:");
        dfs.dfsRecursive(root); // 输出:1 2 4 5 3
    }
}

这段代码就是一个典型的先序遍历,先访问根节点,然后递归地访问左子树和右子树。 容易理解,但如果树太深,可能会导致栈溢出。

  • 栈实现:

用栈来模拟递归的过程,避免栈溢出。

import java.util.Stack;

public class BinaryTreeDFS {

    public void dfsStack(TreeNode root) {
        if (root == null) {
            return;
        }

        Stack stack = new Stack<>();
        stack.push(root);

        while (!stack.isEmpty()) {
            TreeNode node = stack.pop();
            System.out.print(node.val + " ");

            // 注意:先将右子节点入栈,再将左子节点入栈,这样才能保证左子节点先被访问
            if (node.right != null) {
                stack.push(node.right);
            }
            if (node.left != null) {
                stack.push(node.left);
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 构造一个简单的二叉树
        TreeNode root = new TreeNode(1);
        root.left = new TreeNode(2);
        root.right = new TreeNode(3);
        root.left.left = new TreeNode(4);
        root.left.right = new TreeNode(5);

        BinaryTreeDFS dfs = new BinaryTreeDFS();
        System.out.println("栈方式深度优先遍历结果:");
        dfs.dfsStack(root); // 输出:1 2 4 5 3
    }
}

这里,我们用一个栈来保存待访问的节点。每次从栈顶取出一个节点,访问它,然后将它的右子节点和左子节点依次入栈。 注意入栈的顺序,要先右后左,才能保证左子节点先被访问。

深度优先遍历有哪些常见的变种?

深度优先遍历主要有三种变种:先序遍历、中序遍历和后序遍历。 区别在于访问根节点的时机。

  • 先序遍历(Preorder Traversal): 先访问根节点,然后访问左子树,最后访问右子树。(根左右)
  • 中序遍历(Inorder Traversal): 先访问左子树,然后访问根节点,最后访问右子树。(左根右)
  • 后序遍历(Postorder Traversal): 先访问左子树,然后访问右子树,最后访问根节点。(左右根)

上面的递归和栈实现的例子,都是先序遍历。 要实现中序和后序遍历,只需要调整访问根节点的时机即可。

如何根据实际问题选择合适的遍历方式?

选择哪种遍历方式,取决于实际问题的需求。

  • 先序遍历: 常用于复制树结构,因为先创建根节点,再创建子节点。
  • 中序遍历: 常用于二叉搜索树,因为中序遍历的结果是一个有序序列。
  • 后序遍历: 常用于计算目录树的大小,因为需要先计算子目录的大小,才能计算父目录的大小。

举个例子,如果你要判断一棵树是否是二叉搜索树,用中序遍历最方便,因为可以得到一个有序序列,只需要判断这个序列是否递增即可。

除了递归和栈,还有其他实现深度优先遍历的方式吗?

理论上来说,只要能模拟递归的过程,都可以用来实现深度优先遍历。 例如,可以使用迭代器模式,或者使用 Continuation。 但是,递归和栈是最常用的,也是最容易理解的。

另外,如果树的结构可以修改,可以使用 Morris 遍历,它不需要额外的空间,就可以实现中序遍历。 Morris 遍历的思路比较巧妙,它通过修改节点的指针,将树转换成一个链表,然后再遍历这个链表。 不过 Morris 遍历会改变树的结构,所以需要谨慎使用。

以上就是《Java二叉树深度优先遍历方法详解》的详细内容,更多关于递归,栈,二叉树,深度优先遍历,遍历方式的资料请关注golang学习网公众号!

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