力扣 leetcode 117. 填充每个节点的下一个右侧节点指针 II

问题描述

给定一个二叉树

struct Node {
  int val;
  Node *left;
  Node *right;
  Node *next;
}

填充它的每个 next 指针，让这个指针指向其下一个右侧节点。如果找不到下一个右侧节点，则将 next 指针设置为 NULL。

初始状态下，所有 next 指针都被设置为 NULL。

进阶：

• 你只能使用常量级额外空间。
• 使用递归解题也符合要求，本题中递归程序占用的栈空间不算做额外的空间复杂度。

提示：

• 树中的节点数小于 6000
• -100 <= node.val <= 100

示例

示例1：

输入：root = [1,2,3,4,5,null,7]
输出：[1,#,2,3,#,4,5,7,#]
解释：给定二叉树如图 A 所示，你的函数应该填充它的每个 next 指针，以指向其下一个右侧节点，如图 B 所示。序列化输出按层序遍历顺序（由 next 指针连接），'#' 表示每层的末尾。

解题思路

这题要根据图中的规律来分析。我们从图中可以发现，每个节点的 next 节点都是同一层节点中和它最相邻的下一个节点。因此，我们很容易想到要使用层序遍历来解决这个问题，层序遍历要用到队列，我们将每个节点的非空子节点加入队列中。

为了分隔每一层，我们可以在每层节点的末尾加上一个空节点作为分隔。遍历到某个节点时，判断其下一个节点是否是空节点，如果是空节点，则说明它已经是该层最后一个节点，将其子节点加入队列后，再插入一个空节点。

最后，我们只需令每个节点的 next 指针指向队列中的下一个元素即可，代码如下：

/*
// Definition for a Node.
class Node {
public:
    int val;
    Node* left;
    Node* right;
    Node* next;

    Node() : val(0), left(NULL), right(NULL), next(NULL) {}

    Node(int _val) : val(_val), left(NULL), right(NULL), next(NULL) {}

    Node(int _val, Node* _left, Node* _right, Node* _next)
        : val(_val), left(_left), right(_right), next(_next) {}
};
*/

class Solution {
public:
    Node* connect(Node* root) {
        if(root == nullptr){ // 判断root节点为空的情况
            return nullptr;
        }
        queue<Node* > q;
        q.emplace(root);
        q.emplace(nullptr); // 第一层节点的末尾加入空节点作为分隔符
        Node* tmp = nullptr;
        while(!q.empty()){
            tmp = q.front();
            q.pop();
            tmp->next = q.front(); // 将当前节点的next指向队列中的下一个元素即可
            if(tmp->left != nullptr){ // 判断是否将左子树加入队列
                q.emplace(tmp->left);
            }
            if(tmp->right != nullptr){ // 判断是否将右子树加入队列
                q.emplace(tmp->right);
            }
            if(q.front() == nullptr){ // 判断是否是本层的末尾
                q.pop();
                if(!q.empty()){ // 如果是末尾，且后续还有元素，则插入空节点
                    q.emplace(nullptr);
                }
            }
        }
        return root;
    }
};