Moriis 遍历

Morris 遍历是二叉树遍历的一种方式,传统的递归和非递归遍历的时间复杂的都是O(N),空间复杂度都是O(h)(h为树的高度),而 Morris 遍历可以做到时间复杂的依然为 O(N) 的情况下,空间复杂度降到 O(1)。

Morris 遍历的实现原理

定义一个 cur 节点,指向 root 节点:

  • 当 cur.left == null 时,cur 向右移动 cur = cur.right

  • 当 cur.left != null 时,找到 cur 左子树的最右的节点 mostRight

    • 当 mostRight 右指针为空时,修改 mostRight 右指针指向 cur,cur 向左移动,cur = cur.left
    • 当 mostRight 右指针指向 cur 时,修改 mostRight 右指针指向 null,cur 向右移动
  • cur == null 停止。

cur 依次来到节点的顺序我们称之为 Moriis 序。我们来看下面的图片:

从 Morris 序中我们可以发现:

任何节点如果其有左孩子一定会在 Moriis 序中出现两次,为什么改动左子树最右节点的右指针的走向,为了确认是第一次来到当前节点还是第二次来到当前节点,左子树最右节点右指针指向空表示第一次来到当前节点,指向自己则说明第二次来。

Morris 遍历代码实现

我们观察上面示例的 Morris 序:1,2,4,2,5,1,3,6,3,7 可以发现:

拥有左子树的节点1,2,3都出现了两次,

所以我们看只打印第一次出现的节点,次序为1,2,4,5,3,6,7是不是发现这就是先序遍历了呢。

我们在尝试让其打印出现两次的节点的第二次,只出现一次的直接打印,顺序为4,2,5,1,6,3,7是不是发现这就是中序遍历了呢。

要实现后序遍历有一点繁琐,打印时机就在能回到自己两次且第二次回到自己的时候,但并非打印他自己 ,而是逆序打印它的左树右边界(二叉树的边界:左边界的定义是从根到最左侧结点的路径。 右边界的定义是从根到最右侧结点的路径。 若根没有左子树或右子树,则根自身就是左边界或右边界。),然后再单独逆序打印整棵树的右边界,来用上面的示例模拟一下过程:

  • 当第二次回到2时,此时 cur 的左树右边界为4,逆序打印4
  • 当第二次回到1时,此时 cur 的左树右边界为2 --> 5,逆序打印后4,5,2
  • 当第二次回到3时,此时 cur 的左树右边界为6,逆序打印后4,5,2,6
  • 最后单独逆序打印整棵树的右边界,打印后4,5,2,6,7,3,1为后序遍历的结果。

代码实现:

中序遍历:

public static void morrisIn(TreeNode root) {
if(root == null) {
return;
}
TreeNode cur = root;
TreeNode mostRight = null;
while(cur != null) {
mostRight = cur.left; //cur的左子树
if(mostRight != null) { //左子树不为空
//mostRight.right==null --> 找到左子树最右节点(第一次)
//mostRight.right != cur --> 找到左子树最右节点(第二次)
while(mostRight.right != null && mostRight.right != cur) {
mostRight = mostRight.right;
}//从while中出来就表示找到左子树最右节点为mostRight
if(mostRight.right == null) { //第一次到达
mostRight.right = cur; //修改mostRight右指针指向当前节点
cur = cur.left; //当前节点cur左移
continue;
} else { //mostRight.right == cur
mostRight.right = null; //当前节点第二次被访问,修改mostRight右指针指向null
}
}
System.out.println(cur.val + " "); //中序遍历
cur = cur.right; //cur.left == null(左子树为空) || mostRight.right != cur 此时都需要右移
}
}

先序遍历

public static void morrisPre(TreeNode root) {
if(root == null) {
return;
}
TreeNode cur = root;
TreeNode mostRight = null;
while(cur != null) {
mostRight = cur.left; //cur的左子树
if(mostRight != null) { //左子树不为空
//mostRight.right==null --> 找到左子树最右节点(第一次)
//mostRight.right != cur --> 找到左子树最右节点(第二次)
while(mostRight.right != null && mostRight.right != cur) {
mostRight = mostRight.right;
}//从while中出来就表示找到左子树最右节点为mostRight
if(mostRight.right == null) { //第一次到达
mostRight.right = cur; //修改mostRight右指针指向当前节点
System.out.println(cur.val); //先序遍历
cur = cur.left; //当前节点cur左移
continue;
} else { //mostRight.right != cur
mostRight.right = null; //当前节点第二次被访问,修改mostRight右指针指向null
}
}
else {
System.out.println(cur.val); //先序遍历
}
cur = cur.right; //cur.left == null(左子树为空) || mostRight.right != cur 此时都需要右移
}
}

后续遍历:

public static void morrisPos(TreeNode root) {
if(root == null){
return;
}
TreeNode cur = root;
TreeNode mostRight = null;
while (cur != null){
mostRight = cur.left;
if(mostRight != null){
while (mostRight.right !=null && mostRight.right != cur){
mostRight = mostRight.right;
}
if(mostRight.right == null){
mostRight.right = cur;
cur = cur.left;
continue;
}else {
mostRight.right = null;
printEdge(cur.left); //第二次出现,打印左树右边界
}
}
cur = cur.right;
}
printEdge(root); //打印整棵树的左树右边界
System.out.println();
}
public static void printEdge(TreeNode node){
TreeNode tail =reverseEdge(node);
TreeNode cur = tail;
while (cur != null ){
System.out.print(cur.value+" ");
cur =cur.right;
}
reverseEdge(tail);
}
public static TreeNode reverseEdge(TreeNode node){
Node pre = null;
Node next = null;
while (node != null){
next = node.right;
node.right = pre;
pre = node;
node = next;
}
return pre;
}

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