leetcode94：二叉树的中序遍历

题目链接

leetcode

题目描述

给定一个二叉树的根节点 root，返回它的中序遍历 。

C++ 代码

#include <iostream>
#include <vector>
#include <stack>
#include <queue>
using namespace std;

// 二叉树结点的定义
struct TreeNode {
    int val;
    TreeNode *left;
    TreeNode *right;
    TreeNode() : val(0), left(nullptr), right(nullptr) {}
    TreeNode(int x) : val(x), left(nullptr), right(nullptr) {}
    TreeNode(int x, TreeNode *left, TreeNode *right) : val(x), left(left), right(right) {}
};

const int NULL_NODE = -101;

// 辅助函数：创建二叉树
TreeNode* createTree(const vector<int>& nums) {
    if (nums.empty()) return nullptr;

    TreeNode* root = new TreeNode(nums[0]);
    queue<TreeNode*> queue;
    queue.push(root);
    int i = 1;
    while (!queue.empty() && i < nums.size()) {
        TreeNode* node = queue.front(); queue.pop();
        if (nums[i] != NULL_NODE) {
            node->left = new TreeNode(nums[i]);
            queue.push(node->left);
        }
        i++;
        if (i < nums.size() && nums[i] != NULL_NODE) {
            node->right = new TreeNode(nums[i]);
            queue.push(node->right);
        }
        i++;
    }

    return root;
}

// 辅助函数：层序遍历打印二叉树
void levelOrderTraversal(TreeNode* root) {
    if (root == nullptr) return;

    queue<TreeNode*> queue;
    queue.push(root);
    while (!queue.empty()) {
        TreeNode* node = queue.front(); queue.pop();
        cout << node->val << " ";
        if (node->left != nullptr) queue.push(node->left);
        if (node->right != nullptr) queue.push(node->right);
    }
    cout << endl;
}

// 辅助函数：释放二叉树
void deleteTree(TreeNode* root) {
    if (root == nullptr) return;
    deleteTree(root->left);
    deleteTree(root->right);
    delete root;
}

/*
    递归实现

    时间复杂度：O(n)
        其中 n 是二叉树的节点数。每个节点恰好被访问一次。
    空间复杂度：O(h)
        其中 h 是二叉树的高度。递归调用的深度最多为树的高度。
        在最坏情况下（树完全不平衡），空间复杂度为 O(n)。
*/
class Solution {
public:
    vector<int> inorderTraversal(TreeNode* root) {
        res.clear();
        dfs(root);

        return res;
    }

    void dfs(TreeNode* root) {
        if (root == nullptr) {
            return;
        }

        dfs(root->left);
        res.push_back(root->val); // 中序遍历位置
        dfs(root->right);
    }

private:
    vector<int> res;
};

/*
    迭代实现

    时间复杂度：O(n)
    空间复杂度：O(h)
*/
class Solution_1 {
public:
    vector<int> inorderTraversal(TreeNode* root) {
        vector<int> res;
        stack<TreeNode*> stk;
        TreeNode* cur = root;

        while (cur != nullptr || !stk.empty()) {
            while (cur != nullptr) {
                stk.push(cur);
                cur = cur->left; // 左
            }
            cur = stk.top(); stk.pop();
            res.push_back(cur->val); // 中
            cur = cur->right; // 右
        }
        
        return res;
    }
};

// 辅助函数：打印数组
void printArray(const vector<int>& nums) {
    cout << "[";
    for (size_t i = 0; i < nums.size(); i++) {
        cout << nums[i];
        if (i != nums.size() - 1) cout << ",";
    }
    cout << "]" << endl;
}

int main() {
    Solution solution;
    vector<vector<int>> root_cases = {
        {1,NULL_NODE,2,3},
        {},
        {1}
    };

    for (const auto& nums : root_cases) {
        cout << "Input: ";
        printArray(nums);

        // 创建二叉树
        TreeNode* root = createTree(nums);
        // 中序遍历
        vector<int> result = solution.inorderTraversal(root);
        cout << "Output: ";
        printArray(result);
        
        // 释放内存
        deleteTree(root);
    }

    return 0;
}