剑指offer32-III.从上到下打印二叉树(双端队列)

题目

请实现一个函数按照之字形顺序打印二叉树,即第一行按照从左到右的顺序打印,第二层按照从右到左的顺序打印,第三行再按照从左到右的顺序打印,其他行以此类推。

例如:给定二叉树: [3,9,20,null,null,15,7],

    3
   / \
  9  20
    /  \
   15   7
返回其层次遍历结果:

[
  [3],
  [20,9],
  [15,7]
]
 

提示:节点总数 <= 1000

解题思路

刚做完剑指offer32-I和剑指offer32-II,本题和前两天思路大致相同,关键不同在于前两题遍历是从左往右,而本题遍历是奇数层从左往右,偶数层是从右往左。那么就需要用到双端队列,规定奇数层添加到列表尾部,偶数层添加到列表头部。

代码

import collections
class Solution:
    def levelOrder(self, root: TreeNode) -> List[List[int]]:
        if not root:return []
        queue=collections.deque([root])
        out_list=[]

        while queue:
            length=len(queue)
            tmp=collections.deque()  #新建列表,用于临时存储当前层打印结果
            for _ in range(length):
                cur=queue.popleft()   #队首元素出队
                if len(out_list)%2!=0:tmp.appendleft(cur.val)  #奇数层,添加到尾部
                else:tmp.append(cur.val)     #偶数层,添加到头部
                if cur.left:queue.append(cur.left)   #若cur左右子节点不为空,则加入deque
                if cur.right:queue.append(cur.right)
                
            out_list.append(list(tmp))

        return out_list

复杂度

  • 时间复杂度:O(N),N为二叉树的节点数量,即需循环N次,占用O(N);双端队列的队首和队尾的添加和删除操作的时间复杂度均为O(1)。
  • 空间复杂度:最差情况下,为满二叉树,最多有N/2个节点同时在deque中,使用O(N)大小的额外空间
### C语言实现从上到下打印二叉树 要实现从上到下的顺序打印二叉树节点,可以采用层次遍历的方法。这种方法通常借助队列来完成,因为队列具有先进先出的特点,能够按照加入的顺序依次处理每个节点。 以下是完整的代码示例: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> // 定义二叉树节点结构体 typedef struct TreeNode { int data; struct TreeNode* lchild; struct TreeNode* rchild; } TreeNode; // 创建新节点 TreeNode* create_node(int value) { TreeNode* node = (TreeNode*)malloc(sizeof(TreeNode)); node->data = value; node->lchild = NULL; node->rchild = NULL; return node; } // 层次遍历并打印二叉树 void level_order_traversal(TreeNode* root) { if (!root) return; // 如果根为空,则直接返回 // 初始化队列 TreeNode** queue = (TreeNode**)malloc(100 * sizeof(TreeNode*)); // 假设最多有100个节点 int front = 0, rear = 0; // 将根节点入队 queue[rear++] = root; while (front != rear) { // 当队列不为空时继续循环 TreeNode* current = queue[front++]; // 取出队首元素 printf("%d ", current->data); // 输出当前节点的数据 // 左子节点存在则将其入队 if (current->lchild) { queue[rear++] = current->lchild; } // 右子节点存在则将其入队 if (current->rchild) { queue[rear++] = current->rchild; } } free(queue); // 释放队列内存 } int main() { // 构建一个简单的二叉树作为测试数据 TreeNode* root = create_node(1); root->lchild = create_node(2); root->rchild = create_node(3); root->lchild->lchild = create_node(4); root->lchild->rchild = create_node(5); // 调用层次遍历函数 printf("Level order traversal of binary tree is:\n"); level_order_traversal(root); return 0; } ``` 上述代码实现了通过队列进行层次遍历的功能[^1]。具体来说,程序会逐层访问二叉树中的每一个节点,并按从左至右的顺序输出其值。如果某个节点还有子节点,则这些子节点会被添加到队列中等待后续处理。 #### 关键点说明: - **队列的作用**:用于存储待访问的节点,确保每次总是优先访问较早进入队列的节点。 - **边界条件**:当输入的二叉树为空时,应立即退出而不执行任何操作。 - **动态分配与释放资源**:为了支持不同大小的二叉树,在实际应用中可能需要更灵活地管理队列的空间大小以及及时释放不再使用的内存区域。 此方法的时间复杂度为O(n),其中n表示二叉树中总的节点数;空间复杂度同样也是O(n),因为在最坏情况下整个二叉树的所有节点都可能会被暂时存放在队列里[^2]。
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