LeetCode - Binary Tree Level Order Traversal II

本文介绍了一种从叶子节点到根节点的层次遍历二叉树的方法,并提供了一个基于广度优先搜索(BFS)的解决方案。通过在每个层级结束时添加一个空指针来标记层级边界,实现从下到上的层次遍历。

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,#,#,15,7},

    3
   / \
  9  20
    /  \
   15   7

return its bottom-up level order traversal as:

[
  [15,7]
  [9,20],
  [3],
]
http://oj.leetcode.com/problems/binary-tree-level-order-traversal-ii/


Solution:

Modified BFS. Add a NULL at the end of each level, so we can know that it reached to the end of this level.

https://github.com/starcroce/leetcode/blob/master/binary_tree_level_order_traversal_II.cpp

// 40 ms for 34 test cases
// same as version I except adding the reverse at the end
/**
 * Definition for binary tree
 * struct TreeNode {
 *     int val;
 *     TreeNode *left;
 *     TreeNode *right;
 *     TreeNode(int x) : val(x), left(NULL), right(NULL) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    vector<vector<int> > levelOrderBottom(TreeNode *root) {
        vector<vector<int> > res;
        if(root == NULL) {
            return res;
        }
        queue<TreeNode *> q;
        q.push(root);
        q.push(NULL);
        vector<int> level;
        while(q.size() > 0) {
            TreeNode *tmp = q.front();
            q.pop();
            if(tmp != NULL) {
                level.push_back(tmp->val);
                if(tmp->left != NULL) {
                    q.push(tmp->left);
                }
                if(tmp->right != NULL) {
                    q.push(tmp->right);
                }
            } 
            else {
                res.push_back(level);
                level.erase(level.begin(), level.end());
                // previous level has been all poped, current level has been all pushed
                if(q.size() > 0) {
                    q.push(NULL);
                }
            }
        }
        reverse(res.begin(), res.end());
        return res;
    }
};


你提供的这段代码是用于实现**二叉树的层序遍历(Level Order Traversal)**的 C++ 实现。它使用了**广度优先搜索(BFS)**的思想,但并没有使用标准的队列(`queue`),而是通过两个 `vector` 来模拟层级的转换,是一种**简洁高效**的实现方式。 下面我们从 **语法、逻辑、设计思想、VS 兼容性、潜在问题、完整运行示例** 等多个角度进行详细分析。 --- ## ✅ 一、代码结构分析 ```cpp class Solution { public: vector<vector<int>> levelOrder(TreeNode* root) { if (root == nullptr) { return {}; } vector<vector<int>> ans; vector<TreeNode*> cur = {root}; while (cur.size()) { vector<TreeNode*> nxt; vector<int> vals; for (auto node : cur) { vals.push_back(node->val); if (node->left) nxt.push_back(node->left); if (node->right) nxt.push_back(node->right); } cur = move(nxt); ans.emplace_back(vals); } return ans; } }; ``` --- ## 🧪 二、Visual Studio 兼容性说明 这段代码在 **Visual Studio(VS)完整版中是完全合法的 C++ 代码**,只要满足以下前提条件: ### ✅ 必须满足的条件: 1. **包含头文件**: - `#include <vector>`:用于 `vector`; - `#include <iostream>`(可选):如果你在 `main()` 中打印结果。 2. **定义 `TreeNode` 类型**: - 否则会报错 `identifier not found` 3. **使用 C++11 或更高标准**: - `for (auto node : cur)` 是 C++11 的范围 for; - `move(nxt)` 是 `<utility>` 中的 `std::move`,也需要 C++11 支持。 --- ## 🧩 三、完整 VS 可运行代码 下面是一个完整的 Visual Studio 可运行示例(包含 `main()` 函数): ```cpp #include <iostream> #include <vector> #include <utility> // for std::move using namespace std; // 定义树节点结构 struct TreeNode { int val; TreeNode *left; TreeNode *right; TreeNode() : val(0), left(nullptr), right(nullptr) {} TreeNode(int x) : val(x), left(nullptr), right(nullptr) {} TreeNode(int x, TreeNode *left, TreeNode *right) : val(x), left(left), right(right) {} }; class Solution { public: vector<vector<int>> levelOrder(TreeNode* root) { if (root == nullptr) { return {}; } vector<vector<int>> ans; vector<TreeNode*> cur = {root}; while (!cur.empty()) { vector<TreeNode*> nxt; vector<int> vals; for (auto node : cur) { vals.push_back(node->val); if (node->left) nxt.push_back(node->left); if (node->right) nxt.push_back(node->right); } cur = move(nxt); ans.emplace_back(vals); } return ans; } }; // 测试主函数 int main() { // 构建测试树 // 3 // / \ // 9 20 // / \ // 15 7 TreeNode* root = new TreeNode(3); root->left = new TreeNode(9); root->right = new TreeNode(20); root->right->left = new TreeNode(15); root->right->right = new TreeNode(7); Solution sol; vector<vector<int>> result = sol.levelOrder(root); cout << "层序遍历结果:" << endl; for (const auto& level : result) { for (int val : level) { cout << val << " "; } cout << endl; } // 释放内存 delete root->right->right; delete root->right->left; delete root->right; delete root->left; delete root; return 0; } ``` --- ## 🔍 四、逐行逻辑解释 | 代码 | 说明 | |------|------| | `vector<vector<int>> ans;` | 用于存储最终结果,每层一个 `vector<int>` | | `vector<TreeNode*> cur = {root};` | 当前层的节点列表,初始为根节点 | | `while (cur.size())` | 只要当前层还有节点就继续循环 | | `vector<int> vals;` | 存储当前层所有节点的值 | | `for (auto node : cur)` | 遍历当前层每个节点 | | `vals.push_back(node->val);` | 收集当前节点值 | | `nxt.push_back(node->left);` | 收集下一层节点 | | `cur = move(nxt);` | 将下一层节点移动到当前层,避免拷贝 | | `ans.emplace_back(vals);` | 将当前层的值加入结果 | --- ## 🧠 五、设计思想与优势 ### 1. **避免使用队列,使用 vector 模拟层级遍历** - 用 `vector<TreeNode*> cur` 表示当前层; - 用 `vector<TreeNode*> nxt` 表示下一层; - 每次遍历完当前层后,将 `nxt` 移动赋值给 `cur`。 ### 2. **使用 `std::move` 提高效率** - `cur = move(nxt);` 避免了拷贝构造; - 对于大型树结构,这能显著提升性能。 ### 3. **每层单独收集值,便于组织结果** - `vals` 收集当前层的值; - `ans.emplace_back(vals)` 构造最终结果。 --- ## ⚠️ 六、潜在问题与注意事项 | 问题 | 原因 | 建议 | |------|------|------| | 缺少 `TreeNode` 定义 | 未定义节点结构 | 自定义 `TreeNode` | | 内存泄漏 | 没有 `delete` 创建的节点 | 测试后记得释放内存 | | 不使用 `std::move` | 会触发拷贝构造 | 使用 `cur = move(nxt)` 提高性能 | | 缺少头文件 | 如 `<vector>`、`<utility>` | 添加必要头文件 | --- ## ✅ 七、总结一句话: > 这段代码使用 `vector` 和 `std::move` 实现了一种简洁高效的层序遍历方式,适用于 Visual Studio 环境,只需要补充 `TreeNode` 定义和内存释放即可完整运行。 --- ###
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