LinkedList-二叉树遍历
来源:互联网 发布:php函数大全 编辑:程序博客网 时间:2024/05/21 19:44
LinkedList-二叉树遍历
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- 数据结构
- 做个本分的List
- Queue创建和遍历二叉树
- Stack先序中序后序非递归遍历二叉树
- LinkedList vs ArrayList
- 总结
LinkedList,从字面上明显可以看出它是一个基于链表的list。通常来说,我们也只把它当做一个ArrayList的替代品,因为它具备插入删除快,对存储要求低等优点。但是看过源码之后,你会发现它着实是个多面手。
LinkedList类定义:
public class LinkedList<E> extends AbstractSequentialList<E> implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
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从类定义可以看出,LinkedList其实不止实现了List接口,Cloneable, Serializable这两个常规接口,此外还实现了Deque接口。正是如此,它不仅仅是个列表(List),同时还是个双向队列(Deque),栈(Stack)。接下来,本文将简单介绍LinkedList的基础数据结构,并通过实践叙述它的三大功能。
数据结构
现在,从基础数据结构说起。LinkedList由一个个Node组成,每个Node包括一个数据元素和两个分别纸箱前后结点的指针。Node的数据结构定义为:
private static class Node<E> { E item; //存储结点数据,允许为空 Node<E> next; Node<E> prev; Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) { this.item = element; this.next = next; this.prev = prev; } }
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一个链表结构为:
当删除第三个结点,链表结构变为:
在Node4和Node5之间插入一个结点,链表结构变为:
做个本分的List
作为一个list,它实现了基类List的所有方法,诸如add
,remove
,contains
,get
,set
,size
等。接下来我们简单实践几个简单的方法。
public class LinkedListGo { public static void main(String[] args) { List<String> list = new LinkedList<String>(Arrays.asList(new String[]{"HashMap", "TreeMap", "LinkedHashMap"})); //使用addAll批量添加 list.addAll(Arrays.asList(new String[]{"ArrayList", "LinkedList", "Vector"})); list.add("ConcurrentLinkedDeque"); list.add("Collections"); //使用size()方法获取list中元素个数 System.out.println("Size of this list is : " + list.size() + "\n"); //使用get(),set()方法获取和设置list中元素的值 System.out.println("The sixth element of the list is : " + list.get(6)); list.set(6, "ConcurrentHashMap"); System.out.println("After setting, the sixth element of the list is : " + list.get(6) + "\n"); //使用contains()判断列表是否包号某个元素,remove()删除元素 System.out.println("This lis contains \"Collections\": " + list.contains("Collections")); list.remove("Collections"); System.out.println("After removing \"Collection\", this lis contains \"Collections\": " + list.contains("Collections") + "\n"); //使用toArray转化为数组,使用removeAll批量删除 String[] strs = list.toArray(new String[]{}); list.removeAll(new LinkedList<String>(Arrays.asList(strs))); System.out.println("After removing all, currently, the list is empty: " + list.isEmpty()); }}
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关于LinkedList的几点说明
1. 以上代码中为LinkedList赋值时,语句中之所以要使用new LinkedList(...)
,看似多次一举,实则是处于安全考虑,集体请参考Java程序员常犯的十个错误;
2. 不同于ArrayList,但凡是涉及到元素index的操作,LinkedList不是直接根据index对元素进行操作,而是先遍历找到index对应元素,然后进行操作;
Queue:创建和遍历二叉树
现在我们要构建一棵二叉树,如下图所示:
首先定义二叉树结点:
public class TreeNode<E> { public E data; //数据结点 public TreeNode<E> left; //指向左子树 public TreeNode<E> right; //指向右子树 public TreeNode() { } public TreeNode(E data, TreeNode<E> left, TreeNode<E> right) { this.data = data; this.left = left; this.right = right; }}
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然后定义一棵二叉树,代码如下:
public class BinaryTree<E> { private TreeNode<E> root; //定义树根节点 public BinaryTree() { } public BinaryTree(TreeNode<E> root) { super(); this.root = root; } public BinaryTree(E[] elements) { super(); buildTree(elements); //构建二叉树,方法见下文 } ...//二叉树相关方法}
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接下来我们通过队列构建二叉树,构建方法的参数为结点元素数组,代码如下:
public void buildTree(E[] elements) { if (elements == null || elements.length == 0) return; //二叉树结点队列 Deque<TreeNode<E>> queue = new LinkedList<TreeNode<E>>(); TreeNode<E> node = new TreeNode<E>(); this.root = node; for (E element : elements) { node.data = element; node.left = new TreeNode<E>(); node.right = new TreeNode<E>(); //将左右两个新创建结点加入队列 queue.offer(node.left); queue.offer(node.right); //创建完一个结点之后,从队列中取出一个结点接续操作 node = queue.poll(); }}
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接下来,我们同样可以使用队列实现对这棵二叉树的广度优先遍历,实现方法简单思路如下:
- 从根结点开始,将结点入队;
- 如果队列不为空,则从队列中取出一个结点,然后将此结点的左子树和右子树(如果存在)入队;
- 循环第2步,直到队列为空,整棵树的广度优先遍历结束。
代码如下:
public void breadthFirstTraverse() { Deque<TreeNode<E>> queue = new LinkedList<TreeNode<E>>(); TreeNode<E> node = this.root; queue.offer(node); while (!queue.isEmpty()) { node = queue.poll(); if (node.data != null) { System.out.print(node.data + "\t"); } if(node.left != null) { queue.offer(node.left); } if(node.right != null) { queue.offer(node.right); } }}
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实验代码:
public static void main(String[] args) { BinaryTree<String> tree = new BinaryTree<String>(new String[] { "1", "2", "3", "4", "5", "6", "7", "8", "9", "10" }); System.out.println("\n======Breadth-First Traverse======"); tree.breadthFirstTraverse();
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运行结果:
Stack:先序,中序,后序非递归遍历二叉树
二叉树的先序,中序和后续遍历是二叉树的最基本操作。因为二叉树和它的二叉子树具有结构相同的特征,因此,最通用的方法就是递归遍历。换个角度来看,三种遍历方法都可视为深度(DFS)优先遍历。既是深度优先遍历,那么我们首先联想到的便是使用栈实现。接下来我们将通过非递归遍历二叉树来实践LinkedList作为栈的功能。
非递归先序遍历
public void preOrderTraverse() { if (root == null) { return; } //使用LinkedList作为二叉树遍历的栈 Deque<TreeNode<E>> stack = new LinkedList<TreeNode<E>>(); TreeNode<E> node = root; stack.push(node); while (!stack.isEmpty()) { node = stack.pop();//pop弹出栈最上方结点 if (node.data != null) { System.out.print(node.data + "\t"); } if (node.right != null) { stack.push(node.right);//将右结点压栈 } if (node.left != null) { stack.push(node.left);//将左结点压栈 } }}
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先序遍历较为简单,对于每个遍历到的结点,首先将其右结点压栈,再将其左结点压栈。然后每次从栈顶pop
出一个结点,循环往复操作,直到栈中没有结点为止。
非递归中序遍历
public void inOrderTraverse() { if (root == null) { return; } //声明遍历使用的栈; Deque<TreeNode<E>> stack = new LinkedList<TreeNode<E>>(); TreeNode<E> node = this.root; while (node != null || !stack.isEmpty()) { if (node != null) { stack.push(node); node = node.left; } else if (!stack.isEmpty()) { node = stack.pop(); if (node.data != null) { System.out.print(node.data + "\t"); } node = node.right; } }}
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中序遍历稍微有点绕脑筋,大家可以自行根据以上代码,画画入栈出栈图。
非递归后续遍历
public void postOrderTraverse() { //遍历栈,用于遍历二叉树 Deque<TreeNode<E>> stack = new LinkedList<TreeNode<E>>(); //输出栈,将遍历结果存入此栈,最后一次性出栈输出 Deque<TreeNode<E>> output = new LinkedList<TreeNode<E>>(); TreeNode<E> node = this.root; stack.push(node); while (!stack.isEmpty()) { node = stack.pop(); output.push(node); if (node.left != null) { stack.push(node.left); } if (node.right != null) { stack.push(node.right); } } while (!output.isEmpty()) { TreeNode<E> out = output.pop(); if (out.data != null) { System.out.print(out.data + "\t"); } }}
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此处后续遍历的实现较为巧妙,我们用了两个栈进行遍历,第一个栈是个临时栈,遍历所有的结点;每当从临时栈中取出结点,将此结点压入输出栈,当遍历结束之后,一次性全部pop出输出栈中结点,即为后续遍历。
遍历结果如下:
LinkedListvs ArrayList
此处,我们将LinkedList和ArrayList进行比较,总结出它的优缺点。
总结
本文首先简单介绍了LinkedList的基本数据结构,然后通过举例说明了LinkedList作为列表,队列和栈的基本功能;最后和ArrayList进行比较,点明它的优缺点。
文中代码可点击此处下载:LinkedList实践代码
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