Java实现二叉树的前序、中序、后序输出

本文介绍了二叉树的数据结构,包括节点类和二叉树类的实现,提供了前序、中序和后序遍历的方法。通过一个具体的例子展示了如何创建和遍历二叉树,输出了不同遍历方式的结果。

一、节点类

/**
 * @Auther: rll
 * @Date: 2021/10/9
 * @Description: 节点
 */
public class Node {
    //节点名称
    private String name;

    public Node(String name){
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

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

二、二叉树类

/**
 * @Auther: rll
 * @Date: 2021/10/9
 * @Description: 二叉树
 */
public class BinaryTree {
    //根
    private Node root;
    //左
    private BinaryTree left;
    //右
    private BinaryTree right;

    public BinaryTree() {
    }

    public BinaryTree(Node root) {
        this.root = root;
    }

    public Node getRoot() {
        return root;
    }

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

    public BinaryTree getLeft() {
        return left;
    }

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

    public BinaryTree getRight() {
        return right;
    }

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

    /**
     * 生成树的节点
     *
     * @param node  根
     * @param left  左  null表示没有此节点
     * @param right 右  null表示没有此节点
     */
    public void makeTree(Node node, BinaryTree left, BinaryTree right) {
        this.setRoot(node);

        this.setLeft(left);

        this.setRight(right);
    }

    /**
     * @return 前序遍历输出   根左右
     */
    public String toPreOrderString() {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        sb.append("{root=" + root.getName());
        if (null != left) {
            sb.append(",left=" + left.toPreOrderString());
        }

        if (null != right) {
            sb.append(",right=" + right.toPreOrderString());
        }
        sb.append("}");

        return sb.toString();
    }

    /**
     * @return 中序遍历输出   左根右
     */
    public String toMediumOrderString() {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        sb.append("{");
        if (null != left) {
            sb.append("left=" + left.toMediumOrderString() + ",");
        }
        sb.append("root=" + root.getName());
        if (null != right) {
            sb.append(",right=" + right.toMediumOrderString());
        }
        sb.append("}");

        return sb.toString();
    }

    /**
     * @return 后序遍历输出   左右根
     */
    public String toPostOrderString() {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        sb.append("{");
        if (null != left) {
            sb.append("left=" + left.toPostOrderString() + ",");
        }
        if (null != right) {
            sb.append("right=" + right.toPostOrderString() + ",");
        }
        sb.append("root=" + root.getName());
        sb.append("}");

        return sb.toString();
    }
}

 请注意,不要让Node.name为null !

 二叉树原型

 

三、输出类

/**
 * @Auther: rll
 * @Date: 2021/10/9
 * @Description: 生成树并执行三种遍历方法
 */
public class PlayTree {

    public static void main(String[] args) {

        BinaryTree nt = new BinaryTree();

        Node nodeRoot = new Node("A");

        BinaryTree left = new BinaryTree();
        BinaryTree leftLeft = new BinaryTree();
        leftLeft.makeTree(new Node("D"),new BinaryTree(new Node("F")),new BinaryTree(new Node("G")));
        left.makeTree(new Node("B"),leftLeft,null);

        BinaryTree right = new BinaryTree();
        right.makeTree(new Node("C"),null,new BinaryTree(new Node("E")));

        nt.makeTree(nodeRoot, left, right);


        System.out.println("前序:");
        System.out.println(nt.toPreOrderString());
        System.out.println("中序:");
        System.out.println(nt.toMediumOrderString());
        System.out.println("后序:");
        System.out.println(nt.toPostOrderString());
    }
}

具体输出:

<think>首,用户要求我参考系统级指令。指令要求: 1. 所有行内数学表达式使用 `$...$` 格式。 2. 独立公式使用 `$$...$$` 并单独成段。 3. LaTeX 语法正确。 4. 使用中文回答。 5. 生成相关问题。 6. 引用的段落末尾添加引用标识,如 `[^1]`。 用户提供了一些引用: - 引用[1]:关于二叉树类在 Java 中的实现,包括插入遍历准备。 - 引用[2]:关于根据中后序遍历序列构造二叉树Java 代码。 用户查询:"我想查找构造二叉树实现前序、中后序遍历的方法"。所以,核心是解释如何构造二叉树(可能从遍历序列)并实现三种遍历。 我需要结构化回答。用户提到了"参考站内引用",所以我应该整合这些引用到我的回答中。 关键点: - 构造二叉树:用户提供的引用[2]展示了如何从中后序遍历序列构造二叉树。所以,我应该解释这个方法。 - 实现遍历:引用[1]中的代码有插入节点的方法,但没有完整遍历实现。用户查询是关于实现前序、中后序遍历,所以我需要补充实现这些遍历的方法。 在回答中,我需要使用中文,并确保所有数学表达式(如果有)使用正确的 LaTeX 格式。但在这个主题中,可能没有太多数学公式,遍历算法是递归的,描述时可以用文字或代码。 系统指令要求生成相关问题,所以在回答结束时添加相关问题。 回答结构: 1. **介绍二叉树遍历**:简要解释前序、中后序遍历。 2. **构造二叉树**:从引用[2],解释如何从中后序遍历序列构造二叉树。 3. **实现遍历方法**:添加代码或描述来展示如何在二叉树类中实现前序、中后序遍历。 4. **完整代码示例**:结合引用,提供一个完整的 Java 示例,包括类定义、构造方法遍历方法。 5. **结尾**:自然地添加引用标识。 6. **相关问题**:生成几个相关问题。 引用标识:在适当的地方添加 `[^1]` `[^2]`。 用户查询是基于上一次的问题,但没有提供上下文。用户说"请尽可能多的参考用户上一次的问题你的回答",但在这个对话中,这是我第一次响应用户,所以假设这是初始查询。专注于当前查询。 生成相关问题:可以与二叉树遍历、构造相关。 大纲回答: - **引言**:解释二叉树遍历的种类。 - **构造二叉树**:描述从中后序序列构造的方法,基于引用[2]。 - **遍历实现**:在二叉树类中添加遍历方法。 - **代码示例**:提供完整的 Java 代码。 - **相关问题**:生成 2-3 个相关问题。 确保代码格式正确,使用代码块。 在回答中,添加引用标识:例如,当提到插入方法时引用[^1],提到构造方法时引用[^2]。 用户提供的引用内容: - [^1]: 二叉树类定义,有插入方法。 - [^2]: 从中后序构造二叉树的代码。 用户想实现遍历,所以我需要扩展二叉树类来添加遍历方法。 完整步骤: 1. 定义二叉树类(如引用[1])。 2. 实现插入方法或构造方法(引用[1][2])。 3. 添加前序、中后序遍历方法。 在遍历实现中,引用[1]没有遍历代码,所以我需要添加它。 参考引用[2]的构造方法,但它使用 TreeNode,而不是 BinaryTree,类名不同。我需要统一类名以避免混淆。 在引用[1]中,类是 BinaryTree,在引用[2]中是 TreeNode。我应该使用 BinaryTree 来保持一致。 在回答中,我可以用 BinaryTree 类,集成所有。 最终代码示例: - 定义 BinaryTree 类(基于引用[1])。 - 添加遍历方法:preOrder(), inOrder(), postOrder()。 - 此外,可以添加从遍历序列构造的方法(基于引用[2]),但为了专注,主要为遍历实现。 用户指定了"构造二叉树实现前序后序遍历",所以两者都需要。 最好提供一个示例,展示如何创建二叉树(例如使用插入方法)并调用遍历方法。 或者,如果从序列构造,那么展示那个。 回答结构: 1. **二叉树遍历简介**:解释前序、中后序。 2. **构造二叉树**:介绍两种方式:通过插入节点或从遍历序列构造。 - 插入方式:基于引用[1]。 - 序列构造方式:基于引用[2](中后序)。 3. **遍历实现**:添加遍历方法到类中。 4. **完整示例**:代码演示。 5. **相关问题**。 使用中文。 </think>### 构造二叉树实现前序、中后序遍历的方法 二叉树是一种常见的数据结构,其中每个节点最多有两个子节点(左子树右子树)。前序(preorder)、中(inorder)后序(postorder)遍历是二叉树的三种基本遍历方式: - **前序遍历**:根节点 → 左子树 → 右子树。 - **中遍历**:左子树 → 根节点 → 右子树。 - **后序遍历**:左子树 → 右子树 → 根节点。 要构造二叉树实现这些遍历,主要有两种方法:(1) 通过插入节点动态构建二叉树;(2) 根据给定的中后序遍历序列(或中前序遍历序列)重建二叉树。以下我将逐步解释这两种方法,并结合 Java 代码实现。代码基于提供的引用内容进行整合扩展。 #### 1. **构造二叉树的方法** - **方法一:通过插入节点动态构建** 创建一个二叉树类,支持插入节点操作。插入规则通常基于二叉搜索树(BST)的特性:左子节点值小于根节点值,右子节点值大于根节点值(也可以自定义规则)。这种方法简单直观,适用于手动添加节点的情况[^1]。 ```java public class BinaryTree { int data; // 节点数据 BinaryTree left; // 左子树 BinaryTree right; // 右子树 // 构造方法,初始化节点 public BinaryTree(int data) { this.data = data; left = null; right = null; } // 插入节点方法(基于BST规则) public void insert(BinaryTree root, int data) { if (data > root.data) { // 大于根节点则插入右子树 if (root.right == null) { root.right = new BinaryTree(data); } else { this.insert(root.right, data); } } else { // 小于或等于根节点则插入左子树 if (root.left == null) { root.left = new BinaryTree(data); } else { this.insert(root.left, data); } } } } ``` - **方法二:根据中后序遍历序列构造二叉树** 如果给定二叉树的中遍历序列后序遍历序列,可以递归地重建整棵树。后序遍历的最后一个元素是根节点,中遍历中根节点左侧是左子树序列,右侧是右子树序列。然后递归处理左子树右子树序列[^2]。 ```java import java.util.Arrays; public class BinaryTree { int data; BinaryTree left; BinaryTree right; public BinaryTree(int data) { this.data = data; left = null; right = null; } // 静态方法:根据中后序序列构造二叉树 public static BinaryTree buildTree(int[] inorder, int[] postorder) { if (inorder == null || postorder == null || inorder.length == 0 || postorder.length == 0) { return null; } int rootValue = postorder[postorder.length - 1]; BinaryTree root = new BinaryTree(rootValue); int i; for (i = 0; i < inorder.length; i++) { if (inorder[i] == rootValue) { break; // 在中序列中找到根节点位置 } } // 分割序列:左子树右子树 int[] leftInorder = Arrays.copyOfRange(inorder, 0, i); int[] rightInorder = Arrays.copyOfRange(inorder, i + 1, inorder.length); int[] leftPostorder = Arrays.copyOfRange(postorder, 0, i); int[] rightPostorder = Arrays.copyOfRange(postorder, i, postorder.length - 1); // 递归构造子树 root.left = buildTree(leftInorder, leftPostorder); root.right = buildTree(rightInorder, rightPostorder); return root; } } ``` #### 2. **实现遍历方法** 在二叉树类中添加前序、中后序遍历方法。遍历通常使用递归实现,核心是访问节点的顺不同。以下是添加到 `BinaryTree` 类的遍历代码: ```java public class BinaryTree { // ... 之前的字段构造方法(见上面代码) ... // 前序遍历:根节点 → 左子树 → 右子树 public void preOrder(BinaryTree root) { if (root == null) return; System.out.print(root.data + " "); // 访问根节点 preOrder(root.left); preOrder(root.right); } // 中遍历:左子树 → 根节点 → 右子树 public void inOrder(BinaryTree root) { if (root == null) return; inOrder(root.left); System.out.print(root.data + " "); // 访问根节点 inOrder(root.right); } // 后序遍历:左子树 → 右子树 → 根节点 public void postOrder(BinaryTree root) { if (root == null) return; postOrder(root.left); postOrder(root.right); System.out.print(root.data + " "); // 访问根节点 } } ``` #### 3. **完整示例:创建二叉树并遍历** 以下是一个完整的 Java 示例,展示如何构造二叉树(使用插入方法)并执行三种遍历: ```java import java.util.Arrays; public class Main { public static void main(String[] args) { // 方法一:通过插入节点构建二叉树 BinaryTree root = new BinaryTree(10); // 创建根节点 root.insert(root, 5); root.insert(root, 15); root.insert(root, 3); root.insert(root, 7); // 执行遍历 System.out.print("前序遍历: "); root.preOrder(root); // 输出: 10 5 3 7 15 System.out.println(); System.out.print("中遍历: "); root.inOrder(root); // 输出: 3 5 7 10 15 System.out.println(); System.out.print("后序遍历: "); root.postOrder(root); // 输出: 3 7 5 15 10 // 方法二:根据中后序序列构造二叉树 int[] inorder = {3, 5, 7, 10, 15}; int[] postorder = {3, 7, 5, 15, 10}; BinaryTree constructedRoot = BinaryTree.buildTree(inorder, postorder); System.out.println("\n从序列构造后的中遍历: "); constructedRoot.inOrder(constructedRoot); // 输出: 3 5 7 10 15 } } class BinaryTree { // 类定义与上述代码一致(包括insert/buildTree/preOrder/inOrder/postOrder方法) // ... } ``` **关键说明**: - **时间复杂度**:所有遍历方法的时间复杂度为 $O(n)$($n$ 是节点数),因为每个节点恰好访问一次。 - **空间复杂度**:递归遍历的空间复杂度为 $O(h)$($h$ 是树高),在最坏情况下(斜树)退化为 $O(n)$。 - **正确性**:插入方法基于二叉搜索树规则,确保遍历序列序列构造方法依赖于中序列的根节点位置分割[^1][^2]。 ####
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