非递归先序遍历JAVA

原创

mob649e8156b567 2024-10-11 10:30:01 ©著作权

文章标签 先序遍历非递归子节点 文章分类 Java 后端开发

©著作权归作者所有：来自51CTO博客作者mob649e8156b567的原创作品，请联系作者获取转载授权，否则将追究法律责任

非递归先序遍历的科普

在数据结构中，树是一种常用的非线性结构。树的遍历是树的关键操作之一，同时也是许多算法的基础。遍历指的是访问树的节点，并以某种顺序处理它们。先序遍历是最常用的遍历方式之一，它的访问顺序是：先访问根节点，然后依次访问左子树和右子树。

通常情况下，树的遍历可以使用递归的方法完成，但在某些情况下，使用非递归的方法更为有效。例如，当树的深度非常大时，递归方法可能导致栈溢出。在这篇文章中，我们将介绍非递归先序遍历的实现，并通过 Java 代码展示其基本原理。

类图

首先，我们来了解一下树的基本结构。以下是一个简单的二叉树类的类图：

classDiagram
    class TreeNode {
        +int value
        +TreeNode left
        +TreeNode right
    }
    class BinaryTree {
        +TreeNode root
        +void preOrderTraversal()
    }

TreeNode 类

TreeNode 类是二叉树的节点类，它包含三个属性：value（节点的值）、left（指向左子节点）、right（指向右子节点）。它的定义如下：

class TreeNode {
    int value;
    TreeNode left;
    TreeNode right;

    public TreeNode(int value) {
        this.value = value;
        this.left = null;
        this.right = null;
    }
}

BinaryTree 类

BinaryTree 类是二叉树的主类，包含一个根节点，并实现了非递归的先序遍历方法。以下是其定义：

class BinaryTree {
    TreeNode root;

    public BinaryTree() {
        this.root = null;
    }

    public void preOrderTraversal() {
        if (root == null) {
            return;
        }

        Stack<TreeNode> stack = new Stack<>();
        stack.push(root);

        while (!stack.isEmpty()) {
            TreeNode node = stack.pop();
            System.out.print(node.value + " ");

            // 先压入右子树，再压入左子树
            if (node.right != null) {
                stack.push(node.right);
            }
            if (node.left != null) {
                stack.push(node.left);
            }
        }
    }
}

先序遍历算法解析

上述的 preOrderTraversal 方法实现了非递归的先序遍历。我们逐步分析该算法的步骤：

栈的初始化：首先，我们检查树的根节点是否为空。如果为空，则直接返回。否则，我们创建一个栈，并将根节点推入栈中。
遍历过程：当栈不为空时，我们执行以下操作：
- 弹出栈顶节点，并打印其值。
- 然后先将右子节点压入栈中，再将左子节点压入栈中。这是因为栈是后进先出（LIFO）结构，这样可以确保左子节点在后续访问时优先于右子节点。

使用示例

下面是一个简单的示例，演示如何使用 BinaryTree 类实现非递归的先序遍历：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建二叉树节点
        TreeNode node1 = new TreeNode(1);
        TreeNode node2 = new TreeNode(2);
        TreeNode node3 = new TreeNode(3);
        TreeNode node4 = new TreeNode(4);
        TreeNode node5 = new TreeNode(5);

        // 构建树结构
        node1.left = node2;
        node1.right = node3;
        node2.left = node4;
        node2.right = node5;

        // 创建二叉树并设置根节点
        BinaryTree tree = new BinaryTree();
        tree.root = node1;

        // 执行先序遍历
        System.out.print("非递归先序遍历结果: ");
        tree.preOrderTraversal();
    }
}