1127. ZigZagging on a Tree (30)[二叉树构建-dfs-bfs]

本文介绍了一种基于给定中序和后序遍历序列生成二叉树,并按特定规则输出层序遍历结果的方法。通过递归构建二叉树,再利用广度优先搜索实现层序遍历,对于奇数层采用逆序输出。

1. 原题:https://www.patest.cn/contests/pat-a-practise/1127

2. 思路:

题意:二叉树生成问题。
给出中序和后序,求出树的一定规则的层序。
思路:
中序和后序可以生成唯一的一颗二叉树。
所以先递归构造一颗二叉树。
题目不一样的地方在于层序输出时要求奇数行逆序输出。
一个思路是,我们先把每一层的结果保存到数组中,
输出的时候,奇数行逆序输出就可以了。
已AC.

3. 源码:

#include <iostream>
#include <vector>
#include <queue>
using namespace std;

struct Node
{
	Node() : left(NULL), right(NULL) {}//构造函数,使指针初始为空
	int data;
	Node *left, *right;
};

Node *T = NULL;//树的根指针
int N;
vector<int> ino, post, result[30];//分别为中序、后序序列及层序的序列

void BuildTree(Node *&T, int l1, int r1, int l2, int r2);//递归构造二叉树
int FindPos(int x);//找到某结点在中序的位置
void DelTree(Node *root);//释放空间,考试时可忽略
void bfs();//广度优先搜索进行层序遍历

int main()
{
	//freopen("in.txt", "r", stdin);
	cin >> N;
	ino.resize(N);
	post.resize(N);

	for (int i = 0; i < N; i++)//读入数据
		cin >> ino[i];
	for (int i = 0; i < N; i++)
		cin >> post[i];
	BuildTree(T, 0, N - 1, 0, N - 1);//递归构造二叉树
	
	bfs();//广度优先搜索进行层序遍历
	DelTree(T);//释放空间,考试时可忽略

	cout << result[0][0];//先输出第一个
	for (int i = 1; i < 30; i++)
	{
		if (result[i].empty())
			break;

		if (i % 2 == 0)
		{
			for (int j = result[i].size() - 1; j >= 0; j--)
			{
				cout << ' ' << result[i][j];
			}
		}
		else
		{
			for (int j = 0; j < result[i].size(); j++)
			{
				cout << ' ' << result[i][j];
			}
		}
	}

	return 0;
}

void BuildTree(Node *&T, int l1, int r1, int l2, int r2)//递归构造二叉树
{
	if (l1 > r1)
		return;

	T = new Node;
	T->data = post[r2];
	int rootPos = FindPos(post[r2]);
	BuildTree(T->left, l1, rootPos - 1, l2, l2 + rootPos - l1-1);
	BuildTree(T->right, rootPos + 1, r1, l2 + rootPos - l1, r2 - 1);

	return;
}

int FindPos(int x)//找到某结点在中序的位置
{
	int i = 0;
	for (i; i < N; i++)
	{
		if (ino[i] == x)
			break;
	}

	return i;
}

void DelTree(Node *root)//释放空间,考试时可忽略
{
	if (root == NULL)
		return;

	DelTree(root->left);
	DelTree(root->right);
	delete root;
	return;
}

void bfs()//广度优先搜索进行层序遍历
{
	queue<Node *> Q;
	Q.push(T);
	Node *lastone, *curOne;
	lastone = T;//记录一层的最后一个结点
	int level = 0;

	while (!Q.empty())
	{
		Node *tmp = Q.front();
		Q.pop();
		if (tmp->left != NULL)
		{
			Q.push(tmp->left);
			curOne = tmp->left;
		}
		if (tmp->right != NULL)
		{
			Q.push(tmp->right);
			curOne = tmp->right;
		}

		result[level].push_back(tmp->data);
		if (tmp == lastone)//遍历到了该层最后一个结点
		{
			lastone = curOne;
			level++;
		}
	}

	return;
}


<think>好的,我现在需要帮助用户理解二叉树的Z字形遍历算法。首先,我得回忆一下这个算法的基本思路。Z字形遍历,也就是按层交替改变遍历方向,比如第一层从左到右,第二层从右到左,以此类推。这样的话,每一层的节点访问顺序会交替变化,形成锯齿形或者Z字形的路径。 接下来,我应该考虑如何实现这个算法。通常,二叉树的层次遍历会用到队列(BFS),但是Z字形遍历需要在不同层改变方向。所以可能需要一个标记来指示当前层的方向,并且在处理每层节点时根据方向决定如何存储结果。比如,当方向是从左到右时,直接添加节点值到结果列表;当方向是从右到左时,可能需要将节点值插入到结果列表的开头,或者先收集节点值再反转。 不过,用户提到了引用[2]中的内容,里面提到了使用BFS,并且在不同层采用不同的队列操作。比如,左到右时使用FIFO,添加元素到队尾;右到左时使用FILO,添加元素到队头。这可能涉及到双端队列(deque)的使用,这样可以在队头或队尾添加元素。例如,处理当前层节点时,如果是左到右方向,那么子节点按左孩子、右孩子的顺序添加到队尾;如果是右到左方向,子节点按右孩子、左孩子的顺序添加到队头。这样可以保证下一层的访问顺序正确。 然后,我需要确认算法的步骤。大致流程是: 1. 初始化队列,将根节点加入队列。 2. 进入循环,直到队列为空。 3. 记录当前层的节点数量,处理当前层的所有节点。 4. 根据当前层的方向,决定如何添加子节点到队列。 5. 切换方向,进入下一层。 同时,需要注意处理空节点的情况,确保不会将空子节点加入队列。 然后,考虑代码实现。用户可能希望看到具体的代码示例,比如Python中使用deque来实现。例如,使用一个布尔变量标记当前方向,当方向为左到右时,正常处理;否则,反转当前层的值或者改变子节点的添加顺序。 另外,用户提供的引用[2]中提到,左到右时使用FIFO,添加元素到队尾;右到左时使用FILO,添加到队头。这意味着在右到左的情况下,添加子节点时可能要先右后左,并且插入到队列前端,这样下一层处理时就能保持正确的顺序。例如,当处理右到左层时,节点从队列前端取出,子节点按右、左顺序插入到队列前端,这样下一层的处理顺序就会是左到右,因为队列中的顺序是左、右,所以取出时会是左先,右后,从而形成交替。 不过,这种方法可能需要不同的数据结构操作,比如在Python中,deque的appendleft方法可以用于前端添加。例如,在右到左方向时,子节点先右后左,插入到队列的前端,这样下一层处理时,节点顺序会是左、右,从而左先被处理,实现方向的切换。 现在,我需要将这些思路整理成一个清晰的步骤说明,并给出代码示例。同时,确保代码符合用户的要求,比如正确使用队列,处理方向切换,以及节点的添加顺序。 另外,要注意边界条件,比如根节点为空的情况,以及每一层处理完毕后方向变量的切换。 最后,生成相关问题,可能需要包括算法的时间复杂度、空间复杂度,如何用其他数据结构实现,或者与其他遍历方法的比较等。</think>### 二叉树的Z字形遍历算法(Binary Tree Zigzag Level Order Traversal) Z字形遍历要求按层交替改变节点访问方向(左→右、右→左交替),形成锯齿形路径。其核心是通过**广度优先搜索(BFS)**结合**双端队列(deque)**实现方向控制。 --- #### **算法步骤** 1. **初始化队列和方向标记** - 使用队列存储当前层的节点。 - 定义布尔变量 `left_to_right` 标记方向(初始为`True`,表示第一层左→右)。 2. **逐层遍历** - 循环处理队列中的节点,直到队列为空。 - 根据当前方向标记,决定如何将子节点加入队列: - **左→右方向**:子节点按左→右顺序加入队尾(FIFO),保证下一层按正常顺序访问[^2]。 - **右→左方向**:子节点按右→左顺序加入队头(FILO),保证下一层按反向顺序访问[^2]。 3. **收集结果并切换方向** - 每层遍历完成后,将节点值加入结果列表,并切换方向标记。 --- #### **Python代码实现** ```python from collections import deque def zigzag_level_order(root): if not root: return [] result = [] queue = deque([root]) left_to_right = True # 初始方向 while queue: level_size = len(queue) current_level = deque() # 双端队列存储当前层结果 for _ in range(level_size): node = queue.popleft() # 根据方向决定插入位置 if left_to_right: current_level.append(node.val) else: current_level.appendleft(node.val) # 添加子节点到队列 if node.left: queue.append(node.left) if node.right: queue.append(node.right) result.append(list(current_level)) left_to_right = not left_to_right # 切换方向 return result ``` --- #### **关键点解析** 1. **方向控制** - 使用 `left_to_right` 标记方向,通过 `current_level` 的插入方式(`append`或`appendleft`)实现值的正向或反向存储。 2. **子节点入队逻辑** - 无论当前方向如何,子节点始终按左→右顺序加入队列尾部。这是因为队列的FIFO特性保证了下一层的节点顺序正确,而当前层的结果方向由 `current_level` 的插入方式决定。 3. **时间复杂度** - $O(N)$,每个节点仅被访问一次,$N$为节点总数。 --- #### **示例** 对二叉树: ``` 3 / \ 9 20 / \ 15 7 ``` Z字形遍历结果为: $$[[3], [20,9], [15,7]]$$ ---
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