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二叉树的前序、中序、后序的非递归遍历实现

一，二叉树的遍历

二叉树的递归遍历非常简洁，递归调用需要用到栈。因此，要想实现非递归遍历，就类似于模拟程序的自动压栈、出栈，就需要创建一个栈。

本程序使用java.util.LinkedList 来表示栈。

二，前序非递归遍历实现

先序遍历是先访问该结点，再访问左子树，然后再访问右子树

因此，先访问该结点；然后将该结点入栈。（第10行）

然后，不断遍历该结点的左孩子(左左孩子....)（第8行while循环），当走到空时（第8行while不成立）。说明最“里层”的结点的左子树已经访问完毕

于是，接着访问它的左子树中的结点（第15行的 if 语句块中的第18行）。当找到它的右孩子之后，又按照前面的步骤遍历左孩子（左左孩子...）(回到第6行的大while循环，首先判断第8行的while循环)

第8行的while循环表明：结点还有左孩子...

第15行的 if 表示：结点的左孩子为空了，需要“切换”到右孩子的路径上去了（再优先访问右孩子的左孩子...）

 1 private void nonRecurPreTraverse(BinaryNode root){
 2         LinkedList<BinaryNode> stack = new LinkedList<MyBinaryTree.BinaryNode>();
 3         BinaryNode currentNode;
 4         BinaryNode tmp;
 5         currentNode = root;
 6         while(currentNode != null || !stack.isEmpty())
 7         {
 8             while(currentNode != null)//一直往一个方向走
 9             {
10                 System.out.print(currentNode.ele + " ");//visit
11                 stack.push(currentNode);
12                 currentNode = currentNode.left;
13             }
14             
15             if(!stack.isEmpty())//变换方向
16             {
17                 tmp = stack.pop();
18                 currentNode = tmp.right;
19             }
20         }
21     }

前序的递归实现：（基准条件一定不能忘，这是递归的结束条件。）

1     private void preorder(BinaryNode root){
2         if(root == null)
3             return;//base condition
4         System.out.print(root.ele + " ");//visit
5         preorder(root.left);
6         preorder(root.right);
7     }

三，中序遍历的非递归实现

先一直沿着“左孩子方向”不断地走，当走到了最左下结点时（第9行while不成立），准备出栈，访问该结点。(第15行if语句)

当出栈访问完该结点(第18、19行)之后，切换到该结点的左孩子的“子树”中，回到第6行大循环，与前面一样，继续对该“子树”先沿着“左孩子方向”不断地走....

 1     private void nonRecurInTraverse(BinaryNode root){
 2         LinkedList<BinaryNode> stack = new LinkedList<BinaryNode>();
 3         BinaryNode currentNode, tmp;
 4         currentNode = root;
 5         
 6         while(currentNode != null || !stack.isEmpty())
 7         {
 8             //先"走完"左孩子
 9             while(currentNode != null)
10             {
11                 stack.push(currentNode);
12                 currentNode = currentNode.left;
13             }
14             //结点没有左孩子了,出栈,访问结点
15             if(!stack.isEmpty())
16             {
17                 tmp = stack.pop();
18                 System.out.print(tmp.ele + " ");//visit
19                 currentNode = tmp.right;
20             }
21         }
22     }

中序的递归遍历：

1     private void inorder(BinaryNode root){
2         if(root == null)
3             return;
4         inorder(root.left);
5         System.out.print(root.ele + " ");//visit
6         inorder(root.right);
7     }

四，后序遍历的非递归实现

后序遍历的非递归实现比前序、中序的非递归实现要复杂一点。需要一个标识来标记某结点是否第一次位于栈顶（该结点的左子树已经遍历完毕，从左子树返回准备遍历它的右子树）

对于后序遍历而言，结点的左右子树都遍历完成之后，才访问该结点。某结点会两次位于栈顶，第一次是该结点的左子树都遍历完了，然后 获取栈顶结点，切换到该结点的右孩子，准备遍历它的右子树，当该结点的右子树也都遍历完后，它就会第二次位于栈顶，此时将栈顶元素出栈。

 1     private void postNonRecurTraverse(BinaryNode root){
 2         LinkedList<BinaryNode> stack = new LinkedList<MyBinaryTree.BinaryNode>();
 3         
 4         BinaryNode currentNode, tmp;
 5         currentNode = root;
 6         while(currentNode != null || !stack.isEmpty())
 7         {
 8             while(currentNode != null)
 9             {
10                 stack.push(currentNode);
11                 currentNode = currentNode.left;
12             }
13             if(!stack.isEmpty())
14             {
15                 tmp = stack.getFirst();
16                 //从左子树返回,需要判断它的右子树是否已经访问了
17                 if(tmp.isFirst == false)//右子树还未被访问
18                 {
19                     tmp.isFirst = true;
20                     currentNode = tmp.right;
21                 }
22                 else{//左右子树都已经访问了
23                     tmp = stack.pop();
24                     System.out.print(tmp.ele + " ");//visit
25 //                    currentNode = null;
26                 }
27             }
28         }//while
29     }

对于后序遍历而言，需要判断某个结点第一次位于栈顶，因此上面方法需要在结点类中添加一个boolean 属性表示该节点是否第一次位于栈顶。

class BinaryNode{
    BinaryNode left;
    BinaryNode right;
    int ele;
    boolean isFirst;

    public BinaryNode(int ele)
    {
        this.ele = ele;
        left = right = null;
        isFirst = false;  
     }
}

五，整个程序完整实现：

buildTree()方法是根据一维整型数组随机构造一棵二叉树。然后，对该二叉树进行各种遍历操作。关于如何构建二叉树，可参考：二叉查找树的递归实现及递归分析

import java.util.LinkedList;
import java.util.Random;


/**
 * 
 * @author psj
 *
 */
public class MyBinaryTree {
    private static final Random rand = new Random();//insert left or right
    
    private static class BinaryNode{
        int ele;
        BinaryNode left;
        BinaryNode right;
        boolean isFirst;
        
        public BinaryNode(int ele) {
            this.ele = ele;
            this.left = this.right = null;
            this.isFirst = false;
        }
    }
    
    private BinaryNode root;//二叉树的根结点
    
    //随机构建二叉树
    public void buildTree(){
        int[] ndoes = {3,0,7,4,9,10,45};
        for (int i : ndoes) {
            insert(i);
        }
    }
    public BinaryNode insert(int ele){
        return root = insert(root, ele);
    }
    private BinaryNode insert(BinaryNode root, int ele){
        if(root == null)
            return root = new BinaryNode(ele);
        if(rand.nextInt() %2 == 0)
            root.left = insert(root.left, ele);
        else
            root.right = insert(root.right, ele);
        return root;
    }
    
    //中序非递归遍历
    public void nonRecurInTraverse(){
        if(root == null)
            return;
        nonRecurInTraverse(root);
    }
    private void nonRecurInTraverse(BinaryNode root){
        LinkedList<BinaryNode> stack = new LinkedList<BinaryNode>();
        BinaryNode currentNode, tmp;
        currentNode = root;
        
        while(currentNode != null || !stack.isEmpty())
        {
            //
            while(currentNode != null)
            {
                stack.push(currentNode);
                currentNode = currentNode.left;
            }
            //
            if(!stack.isEmpty())
            {
                tmp = stack.pop();
                System.out.print(tmp.ele + " ");//visit
                currentNode = tmp.right;
            }
        }
    }
    //中序递归遍历
    public void inorder(){
        inorder(root);
    }
    private void inorder(BinaryNode root){
        if(root == null)
            return;
        inorder(root.left);
        System.out.print(root.ele + " ");//visit
        inorder(root.right);
    }
    //先序非递归遍历
    public void nonRecurPreTraverse(){
        if(root == null)
            return;
        nonRecurPreTraverse(root);
    }
    private void nonRecurPreTraverse(BinaryNode root){
        LinkedList<BinaryNode> stack = new LinkedList<MyBinaryTree.BinaryNode>();
        BinaryNode currentNode;
        BinaryNode tmp;
        currentNode = root;
        while(currentNode != null || !stack.isEmpty())
        {
            while(currentNode != null)
            {
                System.out.print(currentNode.ele + " ");//visit
                stack.push(currentNode);
                currentNode = currentNode.left;
            }
            
            if(!stack.isEmpty())
            {
                tmp = stack.pop();
                currentNode = tmp.right;
            }
        }
    }
    //先序递归遍历
    public void preOrder(){
        preorder(root);
    }
    private void preorder(BinaryNode root){
        if(root == null)
            return;//base condition
        System.out.print(root.ele + " ");//visit
        preorder(root.left);
        preorder(root.right);
    }
    //后序非递归遍历
    public void postNonRecurTraverse(){
        if(root == null)
            return;
        postNonRecurTraverse(root);
    }
    private void postNonRecurTraverse(BinaryNode root){
        LinkedList<BinaryNode> stack = new LinkedList<MyBinaryTree.BinaryNode>();
        
        BinaryNode currentNode, tmp;
        currentNode = root;
        while(currentNode != null || !stack.isEmpty())
        {
            while(currentNode != null)
            {
                stack.push(currentNode);
                currentNode = currentNode.left;
            }
            if(!stack.isEmpty())
            {
                tmp = stack.getFirst();
                //从左子树返回,需要判断它的右子树是否已经访问了
                if(tmp.isFirst == false)//右子树还未被访问
                {
                    tmp.isFirst = true;
                    currentNode = tmp.right;
                }
                else{//左右子树都已经访问了
                    tmp = stack.pop();
                    System.out.print(tmp.ele + " ");//visit
//                    currentNode = null;
                }
            }
        }//while
    }
    
    public void postOrder(){
        postOrder(root);
    }
    private void postOrder(BinaryNode root){
        if(root == null)
            return;
        postOrder(root.left);
        postOrder(root.right);
        System.out.print(root.ele + " ");//visit
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        MyBinaryTree mbt =  new MyBinaryTree();
        mbt.buildTree();
        System.out.println("in order");
        mbt.nonRecurInTraverse();
        System.out.println();
        mbt.inorder();
        System.out.println("
pre order");
        mbt.preOrder();
        System.out.println();
        mbt.nonRecurPreTraverse();
        
        System.out.println("
 post order");
        mbt.postOrder();
        System.out.println();
        mbt.postNonRecurTraverse();
        
    }
}

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六，二叉查找树中序遍历应用

判断一棵树，是否是二叉查找树。采用中序遍历，如果遍历是有序的，则是一棵二叉查找树。代码如下：

import java.util.LinkedList;
import java.util.List;

public class Solution {

    public boolean isValidBST(TreeNode root) {
        LinkedList<TreeNode> stack = new LinkedList<>();
        TreeNode currentNode,tmp;
//        int currentVal = Integer.MIN_VALUE;
        long currentVal = Long.MIN_VALUE;
        currentNode = root;
        while (currentNode != null || !stack.isEmpty()) {
            while (currentNode != null) {
                stack.push(currentNode);
                currentNode = currentNode.left;
            }

            if (!stack.isEmpty()) {
                tmp = stack.pop();
                if (currentVal >= tmp.val) {
                    return false;
                }else {
                    currentVal = tmp.val;
                }
                currentNode = tmp.right;
            }
        }
        return true;
    }

    public List<Integer> inOrderNonRecurse(TreeNode root, List<Integer> nodes) {
        LinkedList<TreeNode> stack = new LinkedList<>();
        TreeNode currentNode, tmp;
        currentNode = root;
        while (currentNode != null || !stack.isEmpty()) {
            while (currentNode != null) {
                stack.push(currentNode);
                currentNode = currentNode.left;
            }

            if (!stack.isEmpty()) {
                tmp = stack.pop();
                nodes.add(tmp.val);
                currentNode = tmp.right;
            }
        }
        return nodes;
    }


    public List<Integer> inOrder(TreeNode root, List<Integer> nodes) {
        if (root == null) {
            return nodes;
        }
        inOrder(root.left, nodes);
        nodes.add(root.val);
        inOrder(root.right, nodes);
        return nodes;
    }

    public static class TreeNode{
        int val;
        TreeNode left;
        TreeNode right;

        TreeNode(int x) {
            val = x;
        }
    }
}

参考资料：

JAVA实现二叉树

二叉树的创建算法

二叉树的构造（http://www.cnblogs.com/hapjin/p/5738354.html）

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原文地址：https://www.cnblogs.com/hapjin/p/5679482.html