015-将搜索二叉树转换成双向链表

package com.my.util;
/**
 * 二叉树的节点
 * */
public class TreeNode {
	public int value;
	public TreeNode left;
	public TreeNode right;
	public TreeNode(int data) {
		this.value = data;
	}
}

package com.my.suanfa;

import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;

import com.my.util.TreeNode;

/**
 * 将搜索二叉树转换成双向链表
 * */
public class Solution12 {
	/**
	 * 方法一：时间复杂度O(N),额外空间复杂度O(N)
	 * 利用队列结构存储中序遍历搜索二叉树的结果
	 * */
	public TreeNode convert1(TreeNode head) {
		//定义队列数据结构存储中序遍历搜索二叉树的结果
		Queue<TreeNode> queue = new LinkedList<TreeNode>();
		//中序遍历二叉搜索树，并将结果存入队列结构
		inOrderToQueue(head, queue);
		if(queue.isEmpty()) {
			return head;
		}
		//队列中的第一个节点为双向链表的头结点，头结点的左指针为空，需要特殊处理
		head = queue.poll();
		//双链表的调整只需要定义pre,cur两个临时节点就可以完成调整
		TreeNode pre = head;
		pre.left = null;
		TreeNode cur = null;
		//遍历队列将队列中的节点重新串成双向链表
		while(!queue.isEmpty()) {
			cur = queue.poll();
			pre.right = cur;
			cur.left = pre;
			//节点向后移动一个
			pre = cur;
		}
		//最后一个节点的右指针为空，需要特殊处理
		pre.right = null;
		//返回新的双向链表的头指针
		return head;
	}
	
	/**
	 * 中序遍历二叉搜索树，并将结果存入队列结构
	 * */
	public void inOrderToQueue(TreeNode head, 	Queue<TreeNode> queue) {
		if(head == null) {
			return;
		}
		inOrderToQueue(head.left, queue);
		//将指定元素添加到队列末尾
		queue.offer(head);
		inOrderToQueue(head.right, queue);
	}
	
	/**
	 * 方法二：时间复杂度O(N),额外空间复杂度O(h)
	 * h为二叉树的高度
	 * process会处理所有的子树，子树的数量就是二叉树的节点的数量，所以时间复杂的为O(N)
	 * process最多占用二叉树高度为h的栈的空间所以额外空间复杂度为O(h)
	 * */
	public TreeNode convert2(TreeNode head) {
		if(head == null) {
			return null;
		}
		TreeNode last = process(head);
		//last.right便是新的头结点
		head = last.right;
		//将尾节点的右指针设为空
		last.right = null;
		//返回新的头结点
		return head;
	}
	
	/**
	 * 利用递归的方法将二叉树转换为一种特殊的双向链表
	 * 该链表的特殊在于最后一个节点的right指向链表的头结点，最后返回该双向链表的最后一个节点
	 * 这样做的意义在于能够快速的找到双向链表的头尾两端，省去了通过遍过程才能找到头尾的麻烦
	 * */
	public TreeNode process(TreeNode head) {
		if(head == null) {
			return head;
		}
		//分别递归遍历链表的左子树和右子树，记录其头和尾
		//leftE左子树的尾，leftS左子树的头，rightE右子树的尾，rightS右子树的头
		TreeNode leftE = process(head.left);
		TreeNode leftS = leftE != null ? leftE.right : null;
		TreeNode rightE = process(head.right);
		TreeNode rightS = rightE != null ? rightE.right : null;
		if(leftE != null && rightE != null) {
			//说明该节点的左子树右子树都存在便将该节点与其左子树和右子树连接成双向链表
			leftE.right = head;
			head.left = leftE;
			head.right = rightS;
			rightS.left = head;
			rightE.right = leftS;
			return rightE;
		} else if(leftE != null) {
			//该节点只有左子树
			leftE.right = head;
			head.left = leftE;
			head.right = leftS;
			return head;
		} else if(rightE != null) {
			//该节点只有右子树
			head.right = rightS;
			rightS.left = head;
			rightE.right = head;
			return rightE;
		} else {
			//该节点的左右子树都为空
			head.right = head;
			return head;
		}
	}
}