Java实现二叉树带行号的层序遍历

　　最近在看面试题的时候发现，一些基础的算法都记不住了，只是能大概说出个原理….为了加深记忆，这里对一些简单的算法题进行一个归纳。

　　下面的代码主要解决的问题是：给定一颗二叉树，要求输出它的层序遍历，并在每行开始时输出行号。

测试用例样例：
　　输入：节点值为1-7的满二叉树。
　　预期结果：
　　　　　　1 : 1
　　　　　　2 : 2 3
　　　　　　3 : 4 5 6 7

　　下面是Java实现：

import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;
import java.util.Scanner;
import java.util.Stack;

/*
  Created by Flynnon on 17-2-26.
  对二叉树带行号的层序遍历的归纳
 */

/**
 * 定义节点类
 * 为了简单就不定义getter/setter方法了
 */
class Node {
    public int value;
    public Node left;
    public Node right;

    public Node() {
        this(0);
    }

    public Node(int v) {
        this.value = v;
        this.left = null;
        this.right = null;
    }
}
/**
 * 对二叉树进行操作的工具类
 */
class PrintBinaryTree {

    //私有化构造函数
    private PrintBinaryTree() {
        throw new RuntimeException("该工具类不应该被实例化");
    }

    /**
     * 层序遍历二叉树（每一行从左到右，整体上从上到下）
     * 主要思路：利用队列先进先出的性质保存顺序
     *
     * @param root 要遍历的二叉树的根节点
     */
    public static void levelTraversal(Node root) {
        Queue<Node> q = new LinkedList<>();
        q.add(root);
        while (!q.isEmpty()) {
            Node temp = q.poll();
            if (temp != null) {
                System.out.print(temp.value + "  ");
                q.add(temp.left);
                q.add(temp.right);
            }
        }
    }

    /**
     * 层序遍历二叉树（每一行从左到右，整体上从上到下）,并附带行号
     * 主要思路：利用队列先进先出的性质保存顺序来层序遍历二叉树。
     * 使用curLineLast与nextLineLast两个节点标志来标识遍历过程中当前行结尾节点与下一行结尾节点，
     * 再使用一个lineNo整形量来记录当前行号（初始设为1），并在curLineLast节点更替时，更新lineNo的值并按格式打印即可。
     * 注：nextLineLast始终指向最新遍历到的节点
     * @param root 要遍历的二叉树的根节点
     */
    public static void levelTraversalWithLineNo(Node root) {
        //  加入断言，保证root不为null
        assert root != null;
        //  curLineLast : 当前行结尾节点
        //  nextLineLast : 下一行结尾节点
        //  刚开始时，curLineLast与nextLineLast均指向根节点
        Node curLineLast = root, nextLineLast = root;
        //  设根节点所在的行为第1行
        int lineNo = 1;
        System.out.print(lineNo + " : ");
        Queue<Node> q = new LinkedList<>();
        q.add(root);
        while (!q.isEmpty()) {
            Node temp = q.poll();
            //  只有当前节点的子节点不为空时，nextLineLast才需要更改指向的目标
            if (temp.left != null) {
                q.add(temp.left);
                nextLineLast = temp.left;
            }
            if (temp.right != null) {
                q.add(temp.right);
                nextLineLast = temp.right;
            }
            System.out.print(temp.value + "  ");
            // 当出栈节点为当前行尾节点时，说明该换行了
            if (curLineLast == temp) {
                // 将当前行尾节点指向下一行尾节点
                curLineLast = nextLineLast;
                System.out.print(System.lineSeparator() + ++lineNo + " : ");
            }
        }
    }
}

/**
 * 测试类
 */
public class BinaryTree {

    // 以1 2 4 -1 -1 5 -1 -1 3 6 -1 -1 7 -1 -1为例
    public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        Node root = PrintBinaryTree.createTreeNode(sc);
        sc.close();
        System.out.print("层序遍历:");
        PrintBinaryTree.levelTraversal(root);
        System.out.println("带行号的层序遍历:");
        PrintBinaryTree.levelTraversalWithLineNo(root);
    }
}

下面是测试用例及结果，与预期结果一致（多出的一个行号先忽略了吧….）。

由于本人水平有限，本文难免存在谬误，欢迎批评指正！