[BFS]107. Binary Tree Level Order Traversal II

本文介绍了一种算法,用于实现二叉树的层次遍历并以倒序方式返回各层节点值。通过广度优先搜索(BFS)逐层访问二叉树的所有节点,并利用双队列技巧实现结果的倒序输出。
题目:

Given a binary tree, return the bottom-up level order traversal of its nodes' values. (ie, from left to right, level by level from leaf to root).

For example:
Given binary tree [3,9,20,null,null,15,7],

    3
   / \
  9  20
    /  \
   15   7

return its bottom-up level order traversal as:

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

题目分析:

1、容易看到题目要求根据给出的二叉树倒叙输出每层元素。

2、和之前完成的题目类似,这道题目也需要在BFS基础上准确判断出搜索进行到哪一层了,具体方法为设置参数th和ne来分别统计本层元素个数和下层元素个数(具体方法不作累述,详细见199)。

3、这道题的不同之处在于需要保存每层元素并倒叙输出。本题中采用的解决方法为每层循环时设置一个vector<int>保存每层元素,并压入一个临时的vector<vector<int>>中,待最后保存完所有层后在从尾到头将临时vector<vector<int>>中的元素压入答案vector<vector<int>>中实现倒叙。


代码:

/**
 * Definition for a binary tree node.
 * struct TreeNode {
 *     int val;
 *     TreeNode *left;
 *     TreeNode *right;
 *     TreeNode(int x) : val(x), left(NULL), right(NULL) {}
 * };
 */
#include<queue> 

class Solution {
public:
    vector<vector<int>> levelOrderBottom(TreeNode* root) {
        vector<vector<int>> res;
        vector<vector<int>> _res;
        
        queue<TreeNode*> Q;
        Q.push(root);
        int th = 1;
        int ne = 0;
        
        if(root == NULL){
        	return res;
        }
        
        while(!Q.empty()){
        	vector<int> put;
        	for(int i = 0; i< th; i++){
        		TreeNode* node = Q.front();
        		put.push_back(node.value);
        		if(node->left != NULL){
        			Q.push(node->left);
        			ne++;
        		}
        		if(node->right != NULL){
        			Q.push(node->right);
        			ne++;
        		}
        		Q.pop();
        	}
        	_res.push_back(put);
        	th = ne;
        	ne = 0;
        }
        
        for(int i = 0; i < _res.size(); i++){
        	res.push_back(_res[_res.size() - 1 - i]);
        }
        
        return res;
    }
};

总结:

这道题目的一个难点在于如何实现倒叙,倒不是具体用两个vector实现很复杂,只是可能会容易出现始终纠结于如何倒叙BFS的问题上,从而耽搁了不必要的时间。

<think>好的,我需要帮助用户找到关于使用C++实现逐层遍历二叉树的算法。首先,我得回忆一下二叉树遍历的基本知识。层序遍历,也就是广度优先搜索BFS),通常使用队列来实现。用户可能希望得到一个具体的代码示例,以及相关的解释。 接下来,我应该参考用户提供的引用内容,看看是否有相关信息。引用[5]提到了层序遍历算法,使用逐层打印的方法,但那是C语言的伪代码。用户需要的是C++实现,所以可能需要调整数据结构,比如使用队列来存储节点,而不是递归的方式。然后,我需要确保代码符合C++的语法规范。例如,使用std::queue来处理节点,以及正确的指针操作。同时,要构建一个二叉树结构,可能需要定义节点类,包含数据、左孩子和右孩子指针。 另外,用户可能希望了解算法的步骤和复杂度。层序遍历的时间复杂度是O(n),空间复杂度也是O(n),因为最坏情况下队列需要存储所有节点。这部分需要解释清楚,以帮助用户理解性能。 可能还需要注意边界条件,比如空树的处理。在代码示例中,如果根节点为空,直接返回,避免运行时错误。最后,根据用户的要求,生成相关问题。相关问题应该围绕层序遍历的应用、优化方法、其他遍历方式比较,以及更复杂的变体如锯齿形遍历。这些问题可以帮助用户进一步学习和应用相关知识。 总结步骤:1.解释层序遍历的概念;2.提供C++代码示例,包括二叉树节点定义和遍历函数;3.分析时间和空间复杂度;4.给出相关应用场景;5.生成相关问题。</think>### C++实现二叉树的层序遍历算法 层序遍历Level-order traversal)是一种广度优先搜索BFS算法,其核心思想是逐层访问二叉树的节点。以下是具体实现步骤及代码示例: --- #### 1. **二叉树节点定义** 首先需定义二叉树的节点结构: ```cpp struct TreeNode { int val; TreeNode* left; TreeNode* right; TreeNode(int x) : val(x), left(nullptr), right(nullptr) {} }; ``` --- #### 2. **层序遍历算法实现** 使用队列辅助逐层访问节点: ```cpp #include <queue> #include <vector> std::vector<std::vector<int>> levelOrder(TreeNode* root) { std::vector<std::vector<int>> result; if (!root) return result; std::queue<TreeNode*> q; q.push(root); while (!q.empty()) { int level_size = q.size(); std::vector<int> current_level; for (int i = 0; i < level_size; ++i) { TreeNode* node = q.front(); q.pop(); current_level.push_back(node->val); if (node->left) q.push(node->left); if (node->right) q.push(node->right); } result.push_back(current_level); } return result; } ``` --- #### 3. **算法解析** - **时间复杂度**:$O(n)$,每个节点被访问一次。 - **空间复杂度**:$O(n)$,队列在最坏情况下存储所有叶子节点(如满二叉树最后一层有$n/2$个节点)。 - **队列的作用**:按先进先出(FIFO)原则记录当前层的节点,并依次处理其子节点[^5]。 --- #### 4. **应用场景** - **二叉树的序列化与反序列化**:层序遍历可保留树的结构信息。 - **寻找二叉树的最大宽度**:通过记录每层节点数量实现。 - **判断完全二叉树**:若层序遍历中出现空节点后仍有非空节点,则不是完全二叉树。 ---
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