Java中樹和樹的幾種常規遍歷方法

其中包含有先序遍歷、中序遍歷、后序遍歷以及廣度優先遍歷四種遍歷樹的方法：

package com.ietree.basic.datastructure.tree.binarytree;

import java.util.ArrayDeque;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Queue;

/**
 * Created by ietree
 * 2017/5/1
 */
public class ThreeLinkBinTree<E> {

    public static class TreeNode {

        Object data;
        TreeNode left;
        TreeNode right;
        TreeNode parent;

        public TreeNode() {

        }

        public TreeNode(Object data) {
            this.data = data;
        }

        public TreeNode(Object data, TreeNode left, TreeNode right, TreeNode parent) {
            this.data = data;
            this.left = left;
            this.right = right;
            this.parent = parent;
        }

    }

    private TreeNode root;

    // 以默認的構造器創建二叉樹
    public ThreeLinkBinTree() {
        this.root = new TreeNode();
    }

    // 以指定根元素創建二叉樹
    public ThreeLinkBinTree(E data) {
        this.root = new TreeNode(data);
    }

    /**
     * 為指定節點添加子節點
     *
     * @param parent 需要添加子節點的父節點的索引
     * @param data   新子節點的數據
     * @param isLeft 是否為左節點
     * @return 新增的節點
     */
    public TreeNode addNode(TreeNode parent, E data, boolean isLeft) {

        if (parent == null) {
            throw new RuntimeException(parent + "節點為null， 無法添加子節點");
        }
        if (isLeft && parent.left != null) {
            throw new RuntimeException(parent + "節點已有左子節點，無法添加左子節點");
        }
        if (!isLeft && parent.right != null) {
            throw new RuntimeException(parent + "節點已有右子節點，無法添加右子節點");
        }

        TreeNode newNode = new TreeNode(data);
        if (isLeft) {
            // 讓父節點的left引用指向新節點
            parent.left = newNode;
        } else {
            // 讓父節點的left引用指向新節點
            parent.right = newNode;
        }
        // 讓新節點的parent引用到parent節點
        newNode.parent = parent;
        return newNode;
    }

    // 判斷二叉樹是否為空
    public boolean empty() {
        // 根據元素判斷二叉樹是否為空
        return root.data == null;
    }

    // 返回根節點
    public TreeNode root() {
        if (empty()) {
            throw new RuntimeException("樹為空，無法訪問根節點");
        }
        return root;
    }

    // 返回指定節點（非根節點）的父節點
    public E parent(TreeNode node) {
        if (node == null) {
            throw new RuntimeException("節點為null，無法訪問其父節點");
        }
        return (E) node.parent.data;
    }

    // 返回指定節點（非葉子）的左子節點，當左子節點不存在時返回null
    public E leftChild(TreeNode parent) {
        if (parent == null) {
            throw new RuntimeException(parent + "節點為null，無法添加子節點");
        }
        return parent.left == null ? null : (E) parent.left.data;
    }

    // 返回指定節點（非葉子）的右子節點，當右子節點不存在時返回null
    public E rightChild(TreeNode parent) {
        if (parent == null) {
            throw new RuntimeException(parent + "節點為null，無法添加子節點");
        }
        return parent.right == null ? null : (E) parent.right.data;
    }

    // 返回該二叉樹的深度
    public int deep() {
        // 獲取該樹的深度
        return deep(root);
    }

    // 這是一個遞歸方法：每一棵子樹的深度為其所有子樹的最大深度 + 1
    private int deep(TreeNode node) {
        if (node == null) {
            return 0;
        }
        // 沒有子樹
        if (node.left == null && node.right == null) {
            return 1;
        } else {
            int leftDeep = deep(node.left);
            int rightDeep = deep(node.right);
            // 記錄其所有左、右子樹中較大的深度
            int max = leftDeep > rightDeep ? leftDeep : rightDeep;
            // 返回其左右子樹中較大的深度 + 1
            return max + 1;
        }
    }

    // 實現先序遍歷
    // 1、訪問根節點
    // 2、遞歸遍歷左子樹
    // 3、遞歸遍歷右子樹
    public List<TreeNode> preIterator() {
        return preIterator(root);
    }

    private List<TreeNode> preIterator(TreeNode node) {

        List<TreeNode> list = new ArrayList<TreeNode>();
        // 處理根節點
        list.add(node);

        // 遞歸處理左子樹
        if (node.left != null) {
            list.addAll(preIterator(node.left));
        }

        // 遞歸處理右子樹
        if (node.right != null) {
            list.addAll(preIterator(node.right));
        }

        return list;

    }

    // 實現中序遍歷
    // 1、遞歸遍歷左子樹
    // 2、訪問根節點
    // 3、遞歸遍歷右子樹
    public List<TreeNode> inIterator() {
        return inIterator(root);
    }

    private List<TreeNode> inIterator(TreeNode node) {

        List<TreeNode> list = new ArrayList<TreeNode>();

        // 遞歸處理左子樹
        if (node.left != null) {
            list.addAll(inIterator(node.left));
        }

        // 處理根節點
        list.add(node);

        // 遞歸處理右子樹
        if (node.right != null) {
            list.addAll(inIterator(node.right));
        }

        return list;

    }

    // 實現后序遍歷
    // 1、遞歸遍歷左子樹
    // 2、遞歸遍歷右子樹
    // 3、訪問根節點
    public List<TreeNode> postIterator() {
        return postIterator(root);
    }

    private List<TreeNode> postIterator(TreeNode node) {

        List<TreeNode> list = new ArrayList<TreeNode>();

        // 遞歸處理左子樹
        if (node.left != null) {
            list.addAll(postIterator(node.left));
        }

        // 遞歸處理右子樹
        if (node.right != null) {
            list.addAll(postIterator(node.right));
        }

        // 處理根節點
        list.add(node);

        return list;

    }

    // 實現廣度優先遍歷
    // 廣度優先遍歷又稱為按層遍歷，整個遍歷算法先遍歷二叉樹的第一層（根節點），再遍歷根節點的兩個子節點（第二層），以此類推
    public List<TreeNode> breadthFirst() {

        Queue<TreeNode> queue = new ArrayDeque<TreeNode>();
        List<TreeNode> list = new ArrayList<TreeNode>();
        if (root != null) {
            // 將根元素加入“隊列”
            queue.offer(root);
        }
        while (!queue.isEmpty()) {
            // 將該隊列的“隊尾”的元素添加到List中
            list.add(queue.peek());
            TreeNode p = queue.poll();
            // 如果左子節點不為null，將它加入“隊列”
            if (p.left != null) {
                queue.offer(p.left);
            }
            // 如果右子節點不為null，將它加入“隊列”
            if (p.right != null) {
                queue.offer(p.right);
            }
        }
        return list;
    }

}