Morris 二叉樹(shù)遍歷算法(C語(yǔ)言描述)

對(duì)于二叉樹(shù)的遍歷,在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中介紹有三種遍歷方式:前序遍歷,中序遍歷后序遍歷. 這三種遍歷方式通常采用遞歸或者迭代方式實(shí)現(xiàn).
遞歸實(shí)現(xiàn)或者迭代實(shí)現(xiàn)都是時(shí)間復(fù)雜度為O(n)的算法,并且在遍歷過(guò)程中需要用到堆棧保存信息,它們的空間復(fù)雜度也都是O(n).
下面要介紹的Morris二叉樹(shù)遍歷算法是時(shí)間復(fù)雜度為O(n),空間復(fù)雜度為O(1)的遍歷算法,它也有前序遍歷,中序遍歷后續(xù)遍歷三種遍歷順序

Morris 中序遍歷算法

算法的簡(jiǎn)要概述如下:

  • 指定cur指針 初始指向 root節(jié)點(diǎn)
  • 1.當(dāng)cur指針的左子節(jié)點(diǎn)NULL時(shí),說(shuō)明在其左子樹(shù)內(nèi)沒(méi)有前驅(qū)節(jié)點(diǎn),訪問(wèn)cur指針中的元素,cur指針指向cur指針的右節(jié)點(diǎn).
  • 2.當(dāng)cur指針的左子節(jié)點(diǎn)不為NULL時(shí),用指針指向cur左子樹(shù)的最右節(jié)點(diǎn)
    2.1當(dāng)最右節(jié)點(diǎn)的右節(jié)點(diǎn)NULL時(shí),將其指向cur,cur指向cur的左節(jié)點(diǎn)
    2.2當(dāng)最右節(jié)點(diǎn)的右節(jié)點(diǎn)不為NULL時(shí),將其置NULL,訪問(wèn)cur指針中元素,cur指向cur的右節(jié)點(diǎn).
  • 重復(fù) 1 , 2步驟,直到cur指針NULL

算法執(zhí)行步驟如圖所示

morris 中序遍歷

算法實(shí)現(xiàn):

struct TreeNode {
    int val;
    struct TreeNode *left;
    struct TreeNode *right;
};

void Morris_LDR(struct TreeNode* root) {
    struct TreeNode *cur = root;
    while (cur != NULL) {
        if (cur->left == NULL) {
           printf("now :%d \n",cur->val);
            cur = cur->right;
        } else {
            struct TreeNode *temp = cur->left;
            while (temp->right != NULL && temp->right != cur) {
                temp = temp->right;
            }
            
            if (temp->right == NULL) {
                temp->right = cur;
                cur = cur->left;
            } else {
                temp->right = NULL;
                printf("now :%d \n",cur->val);
                cur = cur->right;
            }
        }
    }
}

Morris 前序遍歷算法

與遞歸算法相似,Morris 前序遍歷與 Morris中序遍歷算法在骨架上一致,只是調(diào)整了輸出數(shù)據(jù)的位置.
算法描述

  • 指定cur指針 初始指向 root節(jié)點(diǎn)
  • 1.當(dāng)cur指針的左子節(jié)點(diǎn)NULL時(shí),說(shuō)明在其左子樹(shù)內(nèi)沒(méi)有前驅(qū)節(jié)點(diǎn),訪問(wèn)cur指針中的元素,cur指針指向cur指針的右節(jié)點(diǎn).
  • 2.當(dāng)cur指針的左子節(jié)點(diǎn)不為NULL時(shí),用指針指向cur左子樹(shù)的最右節(jié)點(diǎn)
    2.1當(dāng)最右節(jié)點(diǎn)的右節(jié)點(diǎn)NULL時(shí),將其指向cur,訪問(wèn)cur指針中元素,cur指向cur的左節(jié)點(diǎn)
    2.2當(dāng)最右節(jié)點(diǎn)的右節(jié)點(diǎn)不為NULL時(shí),將其置NULL,cur指向cur的右節(jié)點(diǎn).
  • 重復(fù) 1 , 2步驟,直到cur指針NULL

算法執(zhí)行圖示

mirros 前序遍歷

算法實(shí)現(xiàn):

struct TreeNode {
    int val;
    struct TreeNode *left;
    struct TreeNode *right;
};

void Morris_DLR(struct TreeNode* root) {
    struct TreeNode *cur = root;
    while (cur != NULL) {
        if (cur->left == NULL) {
            printf("now :%d \n",cur->val);
            cur = cur->right;
        } else {
            struct TreeNode *temp = cur->left;
            while (temp->right != NULL && temp->right != cur) {
                temp = temp->right;
            }
            
            if (temp->right == NULL) {
                temp->right = cur;
                printf("-now :%d \n",cur->val);
                cur = cur->left;
            } else {
                temp->right = NULL;
                cur = cur->right;
            }
        }
    }
}

Mirros 后序遍歷

Mirros 后序遍歷比較麻煩,需要?jiǎng)?chuàng)建額外的根節(jié)點(diǎn)輔助遍歷過(guò)程,還要有一個(gè)過(guò)程來(lái)倒序訪問(wèn)元素.

算法描述

  • 創(chuàng)建head節(jié)點(diǎn),使head節(jié)點(diǎn)head節(jié)點(diǎn)的左節(jié)點(diǎn)指向root節(jié)點(diǎn).
  • 創(chuàng)建 cur指針,使cur指針指向head節(jié)點(diǎn).
  • 1.當(dāng)cur指針的左節(jié)點(diǎn)NULL時(shí),使cur指針指向cur指針的右節(jié)點(diǎn).
  • 2.當(dāng)cur指針的左節(jié)點(diǎn)不為NULL時(shí),找到cur指針的左節(jié)點(diǎn)的最右節(jié)點(diǎn)(中序遍歷時(shí)的前驅(qū)節(jié)點(diǎn)).
    2.1當(dāng)最右節(jié)點(diǎn)的右節(jié)點(diǎn)NULL時(shí),使最右節(jié)點(diǎn)的右節(jié)點(diǎn)指向cur指針,
    使cur指針指向cur指針的左子節(jié)點(diǎn).
    2.2 當(dāng)最右節(jié)點(diǎn)的右節(jié)點(diǎn)不為NULL時(shí),使最右節(jié)點(diǎn)的右節(jié)點(diǎn)指向NULL, 并倒敘訪問(wèn)從cur指針的左節(jié)點(diǎn)最右節(jié)點(diǎn)的所有子節(jié)點(diǎn),使cur指針指向cur指針的右子節(jié)點(diǎn).
  • 重復(fù)1 , 2過(guò)程,直到 cur指針指向NULL.

算法執(zhí)行圖示(圖中的虛線框表示輔助的頭結(jié)點(diǎn))

mirros 后序遍歷

算法實(shí)現(xiàn)

struct TreeNode {
    int val;
    struct TreeNode *left;
    struct TreeNode *right;
};

void Morris_LRD(struct TreeNode *root) {
    struct TreeNode *head = (struct TreeNode *)calloc(1, sizeof(struct TreeNode));
    struct TreeNode *cur = head;
    head->left = root;
    while (cur != NULL) {
        if (cur -> left == NULL) {
            cur = cur -> right;
        } else {
            struct TreeNode *temp = cur -> left;
            while (temp->right != NULL && temp-> right != cur) {
                temp = temp -> right;
            }
            
            if (temp -> right == NULL){
                temp -> right = cur;
                cur = cur -> left;
            } else { // (temp -> right == cur
                temp -> right = NULL;
                
                struct TreeNode *index = cur->left;
                printf("reverse ( ");
                while (index != NULL) {
                    printf("%d ",index->val);
                    index = index->right;
                }
                printf(" )\n");
                cur = cur -> right;
            }
            
        }
    }
  head->left = NULL;
  free(head);
}

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