Java循环树形结构获取层级

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mob64ca12ef9b85 2024-10-16 05:49:53 ©著作权

文章标签 树形结构 System Pair 文章分类 Java 后端开发

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Java循环树形结构获取层级

在现代编程中，数据结构的选择和使用是非常关键的一环。树形结构作为一种常见的数据结构，广泛应用于各种场景，如文件系统、数据库索引等。本文将介绍如何使用Java遍历树形结构以获取每个节点的层级信息，并提供相关代码示例。

树形结构的基本概念

树是一种非线性的数据结构，由节点组成。每个节点有一个父节点和零个或多个子节点。树的顶端节点称为根节点，而没有子节点的节点称为叶节点。树可以用严格的层级关系来表示。

树的示意图

我们以下面的树形结构为例：

erDiagram
    Node {
        Int id
        String name
        Int parentId
    }
    Node ||--o{ Node : has

在这个树结构中，每个 Node 代表树中的一个节点，节点之间存在父子关系。

树形结构的定义

我们首先需要定义一个树节点类：

class Node {
    int id;
    String name;
    List<Node> children;

    Node(int id, String name) {
        this.id = id;
        this.name = name;
        this.children = new ArrayList<>();
    }
}

这个 Node 类包含三个部分：

id：节点的唯一标识符。
name：节点名称。
children：子节点列表，用于保存当前节点的所有子节点。

树形结构的遍历

遍历树形结构是获取节点层级信息的关键。我们将使用递归方法和循环方法来获取树结构的层级信息。

1. 递归遍历方法

void printLevels(Node node, int level) {
    System.out.println("Level " + level + ": " + node.name);
    for (Node child : node.children) {
        printLevels(child, level + 1);
    }
}

在这个方法中，我们传入当前节点和层级，逐层调用 printLevels 方法以获取每个节点的信息。

2. 循环遍历方法

使用栈数据结构可以实现循环遍历：

void printLevelsIterative(Node root) {
    Stack<Pair<Node, Integer>> stack = new Stack<>();
    stack.push(new Pair<>(root, 0));

    while (!stack.isEmpty()) {
        Pair<Node, Integer> pair = stack.pop();
        Node node = pair.getKey();
        int level = pair.getValue();

        System.out.println("Level " + level + ": " + node.name);

        for (Node child : node.children) {
            stack.push(new Pair<>(child, level + 1));
        }
    }
}

在这个循环遍历的实现中，我们借助 Stack 来维护当前节点和层级。每次弹出节点后，我们打印出它的信息，并将子节点入栈。

示例代码

下面是完整的示例代码：

import java.util.*;

class Node {
    int id;
    String name;
    List<Node> children;

    Node(int id, String name) {
        this.id = id;
        this.name = name;
        this.children = new ArrayList<>();
    }
}

public class TreeLevelPrinter {

    // 递归遍历方法
    void printLevels(Node node, int level) {
        System.out.println("Level " + level + ": " + node.name);
        for (Node child : node.children) {
            printLevels(child, level + 1);
        }
    }

    // 循环遍历方法
    void printLevelsIterative(Node root) {
        Stack<Pair<Node, Integer>> stack = new Stack<>();
        stack.push(new Pair<>(root, 0));

        while (!stack.isEmpty()) {
            Pair<Node, Integer> pair = stack.pop();
            Node node = pair.getKey();
            int level = pair.getValue();

            System.out.println("Level " + level + ": " + node.name);

            for (Node child : node.children) {
                stack.push(new Pair<>(child, level + 1));
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 构建树结构
        Node root = new Node(1, "Root");
        Node child1 = new Node(2, "Child 1");
        Node child2 = new Node(3, "Child 2");
        Node grandChild1 = new Node(4, "GrandChild 1");
        Node grandChild2 = new Node(5, "GrandChild 2");

        root.children.add(child1);
        root.children.add(child2);
        child1.children.add(grandChild1);
        child2.children.add(grandChild2);

        TreeLevelPrinter printer = new TreeLevelPrinter();
        System.out.println("Recursive Traversal:");
        printer.printLevels(root, 0);

        System.out.println("\nIterative Traversal:");
        printer.printLevelsIterative(root);
    }
}