114.二叉树展开为链表 python

题目

题目描述

给你二叉树的根结点 root ，请你将它展开为一个单链表：

展开后的单链表应该同样使用 TreeNode ，其中 right 子指针指向链表中下一个结点，而左子指针始终为 null 。
展开后的单链表应该与二叉树 先序遍历 顺序相同。

示例 1：

输入：root = [1,2,5,3,4,null,6]
输出：[1,null,2,null,3,null,4,null,5,null,6]

示例 2：

输入：root = []
输出：[]

示例 3：

输入：root = [0]
输出：[0]

提示：

树中结点数在范围 [0, 2000] 内
-100 <= Node.val <= 100

进阶：你可以使用原地算法（O(1) 额外空间）展开这棵树吗？

题解

要将二叉树展开为一个单链表，并且该链表遵循先序遍历的顺序，我们可以采用原地算法来实现。这个过程可以通过递归或者迭代的方法完成。这里我们将使用迭代的方法，因为它可以有效地利用常数空间复杂度（不包括输入和输出所需的空间）。

解决方案

方法：迭代法（使用栈）

1. 初始化：

   • 如果根节点为空，直接返回。
   • 使用栈数据结构来帮助我们进行前序遍历。首先将根节点压入栈中。

2. 遍历：

   • 当栈不为空时，弹出栈顶元素作为当前处理的节点。
   • 如果当前节点有左子节点或右子节点，则需要调整这些节点的位置以符合单链表的要求。
     • 先将右子节点压入栈中（如果存在），再将左子节点压入栈中（如果存在）。这样做是为了保证在访问时，左子节点总是先于右子节点被处理，从而保持先序遍历的顺序。
   • 设置当前节点的左子节点为 None，并将其右子节点设置为刚刚从栈中弹出的新节点（如果有的话）。

3. 继续上述过程直到栈为空。

Python 实现

def flatten(root: TreeNode) -> None:
    if not root:
        return
    
    stack = [root]
    
    while stack:
        node = stack.pop()
        
        if node.right:
            stack.append(node.right)
        if node.left:
            stack.append(node.left)
        
        # 将左子节点设为None，并将右子节点设为栈中的最后一个节点（即下一个待处理的节点）
        node.left = None
        node.right = stack[-1] if stack else None

注意事项

• 在上面的代码中，有一个小问题是在每次设置 node.right 时都指向了栈顶元素，这会导致错误，因为我们需要的是在下一次循环开始时才更新 node.right 的值。
• 修正方法是保存上一个处理的节点 prev，并在每次迭代结束时将 prev.right 指向当前节点 node。

修正后的 Python 实现

def flatten(root: TreeNode) -> None:
    if not root:
        return
    
    stack = [root]
    prev = None
    
    while stack:
        node = stack.pop()
        
        if prev:
            prev.right = node
            prev.left = None
        
        if node.right:
            stack.append(node.right)
        if node.left:
            stack.append(node.left)
        
        prev = node

这种方法利用栈来进行先序遍历，并在遍历过程中重构树结构，使其成为一个单链表。通过这种方式，我们能够在 O(n) 时间复杂度内完成任务，并且只使用 O(1) 额外空间（不计输入和输出所需的空间）。

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