二叉树的非递归遍历

在《数据结构 &二叉树》几篇文章中我们都利用递归调用来遍历二叉树或者是用递归方法来创建一颗二叉树,但是通常在面试的时候面试官会让我们写出遍历二叉树的非递归实现的代码,这篇文章我们就来讲这个。

二叉树的非递归遍历我们可以使用栈来解决,由于中序遍历的特点是从根节点开始,访问左子树,再访问左子树,直到左子树为空时,开始访问根节点,根节点访问结束开始访问右子树;当右子树不为空时,又开始从右子树的左子树开始访问,直至左子树为空,循环上述过程。

当树不为空时,我们进行入栈操作,当为空时进行出栈操作,现在对下面这颗二叉树进行入栈出栈来模拟实现中序遍历的操作:

在这里插入图片描述
根据栈先进后出的特点,我们完成上图中的十六个步骤以后就会得到下面这样一个序列,这个序列就是上面那颗二叉树中序遍历的结果:

在这里插入图片描述

下面用代码来实现上面所述的入栈出栈的过程:

void InOrder(BtNode* p)
{
	if (p == NULL) return;
	stack<BtNode*> st;
	while (p != NULL || !st.empty())
	{
		while (p != NULL)
		{
			st.push(p);
			p = p->leftchild;
		}
		p = st.top();
		st.pop();
		cout << p->data << " ";
		p = p->rightchild;
	}
	cout << endl;
}

用非递归方法实现后序遍历的代码:

void EndOrder(BtNode* p)
{
	if (p == NULL) return;
	stack<BtNode*> st;
	BtNode* tag = NULL;
	while (p != NULL || !st.empty())
	{
		while (p != NULL)
		{
			st.push(p);
			p = p->leftchild;
		}
		p = st.top();
		st.pop();
		if (p->rightchild == NULL || p->rightchild == tag)
		{
			cout << p->data << " ";
			tag = p;
			p = NULL;//若少了这行语句程序将进入死循环
		}
		else
		{
			st.push(p);
			p = p->rightchild;
		}
	}
	cout << endl;
}

其代码执行过程如下所示:

在这里插入图片描述
根据上述过程,按照条件重复进行入栈出栈操作,最后得到后序遍历的结果:

在这里插入图片描述
我们还可以通过另外一种非递归方法实现后序遍历,实现代码如下:

struct stkNode
{
	int popnum;//节点的出栈次数
	BtNode* pnode;//节点
public:
	stkNode(BtNode* p = NULL) :popnum(0),pnode(p){}//对出栈次数和节点进行初始化
};

void EndOrder(BtNode* ptr)
{
	if (ptr == NULL)
	{
		return;
	}
	stack<stkNode> st;
	st.push(stkNode(ptr));
	while (!st.empty())
	{
		stkNode node = st.top();
		st.pop();
		if (++node.popnum == 3)
		{
			cout << node.pnode->data << " ";
		}
		else
		{
			st.push(node);
			if (node.popnum == 1 && node.pnode->leftchild != NULL)
			{
				st.push(stkNode(node.pnode->leftchild));
			}
			else if (node.popnum == 2 && node.pnode->rightchild != NULL)
			{
				st.push(stkNode(node.pnode->rightchild));
			}
		}

	}
}

上面代码的过程可以用如下图来解释其过程:

在这里插入图片描述
也就是说,先判断这棵树根节点的出栈次数,若为0次,则访问的是它自己,若出栈次数为1就去访问它的左子树,若出出栈次数为2则去访问它的右子树,若出栈次数为3次,就打印它的值。

接着我们再将这个代码修改成中序遍历的非递归实现,中序遍历的时候,当出栈次数为1时我们访问左子树,当出栈次数为2时直接打印根节点,然后判断右子树是否为空,如果不为空,将右子树再入栈,重复前面的操作。代码如下:

void InOrder(BtNode* ptr)
{
	if (ptr == NULL)
	{
		return;
	}
	stack<stkNode> st;
	st.push(stkNode(ptr));
	while (!st.empty())
	{
		stkNode node = st.top();
		st.pop();
		if (++node.popnum == 2)
		{
			cout << node.pnode->data << " ";
			if (node.pnode->rightchild != NULL)
			{
				st.push(stkNode(node.pnode->rightchild));
			}
		}
		else
		{
			st.push(node);
			if (node.popnum == 1 && node.pnode->leftchild != NULL)
			{
				st.push(stkNode(node.pnode->leftchild));
			}
		}

	}
}

同样的我们给出二叉树非递归实现先序遍历:

void PreOrder(BtNode* ptr)
{
	if (ptr == NULL)
	{
		return;
	}
	stack<BtNode *> st;
	st.push(ptr);
	while (!st.empty())
	{
		ptr = st.top();
		st.pop();
		cout << ptr->data << " ";
		if (ptr->rightchild != NULL)
		{
			st.push(ptr->rightchild);
		}
		if (ptr->leftchild != NULL)
		{
			st.push(ptr->leftchild);
		}
	}
	cout << endl;
}
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