【Java】 剑指offer(32) 从上往下打印二叉树
本文参考自《剑指offer》一书，代码采用Java语言。
题目
（一）从上往下打印出二叉树的每个结点，同一层的结点按照从左到右的顺序打印。
（二）从上到下按层打印二叉树，同一层的结点按从左到右的顺序打印，每一层打印到一行。
（三）请实现一个函数按照之字形顺序打印二叉树，即第一行按照从左到右的顺序打印，第二层按照从右到左的顺序打印，第三行再按照从左到右的顺序打印，其他行以此类推。
思路
（一）不分行从上往下打印二叉树：该题即为对二叉树的层序遍历，结点满足先进先出的原则，采用队列。每从队列中取出头部结点并打印，若其有子结点，把子结点放入队列尾部，直到所有结点打印完毕。
/*
* 不分行从上往下打印二叉树
*/
// 题目：从上往下打印出二叉树的每个结点，同一层的结点按照从左到右的顺序打印。
public void printTree1(TreeNode root) {
if (root == null)
return;
LinkedList<TreeNode> queue = new LinkedList<TreeNode>();
queue.offer(root);
TreeNode node = null;
while (queue.size()!=0) {
node = queue.poll();
System.out.print(node.val + " ");
if (node.left != null)
queue.offer(node.left);
if (node.right != null)
queue.offer(node.right);
}
System.out.println();
}
（二）分行从上到下打印二叉树：同样使用队列，但比第一题增加两个变量：当前层结点数目pCount，下一层结点数目nextCount。根据当前层结点数目来打印当前层结点，同时计算下一层结点数目，之后令pCount等于nextCount，重复循环，直到打印完毕。
/*
* 分行从上到下打印二叉树
*/
// 题目：从上到下按层打印二叉树，同一层的结点按从左到右的顺序打印，每一层
// 打印到一行。
public void printTree2(TreeNode root) {
if (root == null)
return;
LinkedList<TreeNode> queue = new LinkedList<TreeNode>();
queue.offer(root);
TreeNode node = null;
int pCount = 0; //当前层结点数目
int nextCount = 1; //下一层结点数目
while (!queue.isEmpty()) {
pCount = nextCount;
nextCount = 0;
//打印当前层数字，并计算下一层结点数目
for (int i = 1; i <= pCount; i++) {
node = queue.poll();
System.out.print(node.val + " ");
if (node.left != null) {
queue.offer(node.left);
nextCount++;
}
if (node.right != null) {
queue.offer(node.right);
nextCount++;
}
}
System.out.println();
}
}
（三）之字形打印二叉树：
（1）自己开始想的方法：在（二）的基础上，多定义一个表示当前层数的变量level。每层结点不直接打印，放入一个数组中，根据此时的层数level的奇偶来决定正向还是反向打印数组。
/*
* 之字形打印二叉树
*/
// 题目：请实现一个函数按照之字形顺序打印二叉树，即第一行按照从左到右的顺
// 序打印，第二层按照从右到左的顺序打印，第三行再按照从左到右的顺序打印，
// 其他行以此类推。
/**
* 自己开始想的方法，采用数组存储每层的数字，根据当前层数确定正反向打印数组
*/
public void printTree3_1(TreeNode root) {
if (root == null)
return;
LinkedList<TreeNode> queue = new LinkedList<TreeNode>();
queue.offer(root);
TreeNode node = null;
int pCount = 0; //当前层结点数目
int nextCount = 1; //下一层结点数目
int level=1; //层数
int[] pNums=null; //用于存储当前层的数字
while (!queue.isEmpty()) {
pCount = nextCount;
nextCount = 0;
pNums=new int[pCount];
//存储当前层数字，并计算下一层结点数目
for (int i = 0; i < pCount; i++) {
node = queue.poll();
pNums[i]=node.val;
if (node.left != null) {
queue.offer(node.left);
nextCount++;
}
if (node.right != null) {
queue.offer(node.right);
nextCount++;
}
}
//根据当前层数确定正向或者反向打印数组
if((level&1)!=0 ) {
for(int i=0;i<pCount;i++) {
System.out.print(pNums[i]+" ");
}
}else {
for(int i=pCount-1;i>=0;i--) {
System.out.print(pNums[i]+" ");
}
}
level++;
System.out.println();
}
}
（2）书中提供的方法：采用两个栈，对于不同层的结点，一个栈用于正向存储，一个栈用于逆向存储，打印出来就正好是相反方向。
/**
* 采用两个栈进行操作的方法
*/
public void printTree3_2(TreeNode root) {
if (root == null)
return;
Stack<TreeNode> stack1 = new Stack<TreeNode>();
Stack<TreeNode> stack2 = new Stack<TreeNode>();
TreeNode node = null;
stack1.push(root);
while(!stack1.empty() || !stack2.empty()) {
while(!stack1.empty()) {
node=stack1.pop();
System.out.print(node.val + " ");
if (node.left != null)
stack2.push(node.left);
if (node.right != null)
stack2.push(node.right);
}
System.out.println();
while(!stack2.empty()) {
node=stack2.pop();
System.out.print(node.val + " ");
if (node.right != null)
stack1.push(node.right);
if (node.left != null)
stack1.push(node.left);
}
System.out.println();
}
}
测试算例
1.功能测试（完全二叉树；左斜树；右斜树）
2.特殊测试（null；一个结点）
完整Java代码
含测试代码：
import java.util.LinkedList;
import java.util.Stack;
/**
*
* @Description 面试题32：从上往下打印二叉树
*
* @author yongh
*/
public class PrintTreeFromTopToBottom {
public class TreeNode {
int val = 0;
TreeNode left = null;
TreeNode right = null;
public TreeNode(int val) {
this.val = val;
}
}
/*
* 不分行从上往下打印二叉树
*/
// 题目：从上往下打印出二叉树的每个结点，同一层的结点按照从左到右的顺序打印。
public void printTree1(TreeNode root) {
if (root == null)
return;
LinkedList<TreeNode> queue = new LinkedList<TreeNode>();
queue.offer(root);
TreeNode node = null;
while (queue.size()!=0) {
node = queue.poll();
System.out.print(node.val + " ");
if (node.left != null)
queue.offer(node.left);
if (node.right != null)
queue.offer(node.right);
}
System.out.println();
}
/*
* 分行从上到下打印二叉树
*/
// 题目：从上到下按层打印二叉树，同一层的结点按从左到右的顺序打印，每一层
// 打印到一行。
public void printTree2(TreeNode root) {
if (root == null)
return;
LinkedList<TreeNode> queue = new LinkedList<TreeNode>();
queue.offer(root);
TreeNode node = null;
int pCount = 0; //当前层结点数目
int nextCount = 1; //下一层结点数目
while (!queue.isEmpty()) {
pCount = nextCount;
nextCount = 0;
//打印当前层数字，并计算下一层结点数目
for (int i = 1; i <= pCount; i++) {
node = queue.poll();
System.out.print(node.val + " ");
if (node.left != null) {
queue.offer(node.left);
nextCount++;
}
if (node.right != null) {
queue.offer(node.right);
nextCount++;
}
}
System.out.println();
}
}
/*
* 之字形打印二叉树
*/
// 题目：请实现一个函数按照之字形顺序打印二叉树，即第一行按照从左到右的顺
// 序打印，第二层按照从右到左的顺序打印，第三行再按照从左到右的顺序打印，
// 其他行以此类推。
/**
* 自己开始想的方法，采用数组存储每层的数字，根据当前层数确定正反向打印数组
*/
public void printTree3_1(TreeNode root) {
if (root == null)
return;
LinkedList<TreeNode> queue = new LinkedList<TreeNode>();
queue.offer(root);
TreeNode node = null;
int pCount = 0; //当前层结点数目
int nextCount = 1; //下一层结点数目
int level=1; //层数
int[] pNums=null; //用于存储当前层的数字
while (!queue.isEmpty()) {
pCount = nextCount;
nextCount = 0;
pNums=new int[pCount];
//存储当前层数字，并计算下一层结点数目
for (int i = 0; i < pCount; i++) {
node = queue.poll();
pNums[i]=node.val;
if (node.left != null) {
queue.offer(node.left);
nextCount++;
}
if (node.right != null) {
queue.offer(node.right);
nextCount++;
}
}
//根据当前层数确定正向或者反向打印数组
if((level&1)!=0 ) {
for(int i=0;i<pCount;i++) {
System.out.print(pNums[i]+" ");
}
}else {
for(int i=pCount-1;i>=0;i--) {
System.out.print(pNums[i]+" ");
}
}
level++;
System.out.println();
}
}
/**
* 采用两个栈进行操作的方法
*/
public void printTree3_2(TreeNode root) {
if (root == null)
return;
Stack<TreeNode> stack1 = new Stack<TreeNode>();
Stack<TreeNode> stack2 = new Stack<TreeNode>();
TreeNode node = null;
stack1.push(root);
while(!stack1.empty() || !stack2.empty()) {
while(!stack1.empty()) {
node=stack1.pop();
System.out.print(node.val + " ");
if (node.left != null)
stack2.push(node.left);
if (node.right != null)
stack2.push(node.right);
}
System.out.println();
while(!stack2.empty()) {
node=stack2.pop();
System.out.print(node.val + " ");
if (node.right != null)
stack1.push(node.right);
if (node.left != null)
stack1.push(node.left);
}
System.out.println();
}
}
//============测试代码==============
private void test(int testNum,TreeNode root) {
System.out.println("=========test"+testNum+"===========");
System.out.println("method1:");
printTree1(root);
System.out.println("method2:");
printTree2(root);
System.out.println("method3_1:");
printTree3_1(root);
System.out.println("method3_2:");
printTree3_2(root);
}
//null
private void test1() {
TreeNode node=null;
test(1, node);
}
//单个结点
private void test2() {
TreeNode node=new TreeNode(1);
test(2, node);
}
//左斜
private void test3() {
TreeNode node1=new TreeNode(1);
TreeNode node2=new TreeNode(2);
TreeNode node3=new TreeNode(3);
node1.left=node2;
node2.left=node3;
test(3, node1);
}
//右斜
private void test4() {
TreeNode node1=new TreeNode(1);
TreeNode node2=new TreeNode(2);
TreeNode node3=new TreeNode(3);
node1.right=node2;
node2.right=node3;
test(4, node1);
}
//完全二叉树
private void test5() {
TreeNode[] nodes = new TreeNode[15];
for(int i=0;i<15;i++) {
nodes[i]= new TreeNode(i+1);
}
for(int i=0;i<7;i++) {
nodes[i].left=nodes[2*i+1];
nodes[i].right=nodes[2*i+2];
}
test(5, nodes[0]);
}
public static void main(String[] args) {
PrintTreeFromTopToBottom demo= new PrintTreeFromTopToBottom();
demo.test1();
demo.test2();
demo.test3();
demo.test4();
demo.test5();
}
}
=========test1=========== method1: method2: method3_1: method3_2: =========test2=========== method1: 1 method2: 1 method3_1: 1 method3_2: 1 =========test3=========== method1: 1 2 3 method2: 1 2 3 method3_1: 1 2 3 method3_2: 1 2 3 =========test4=========== method1: 1 2 3 method2: 1 2 3 method3_1: 1 2 3 method3_2: 1 2 3 =========test5=========== method1: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 method2: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 method3_1: 1 3 2 4 5 6 7 15 14 13 12 11 10 9 8 method3_2: 1 3 2 4 5 6 7 15 14 13 12 11 10 9 8
收获
1.层序遍历时，一般都要用到队列，可以用LinkedList类（方法：poll() 和 offer(Obj) ）。
2.在分行打印时，定义的两个int有明显实际意义（当前层结点数目，下一层结点数目）。自己编程时，一开始只知道要设置两个变量，但没有去想这两个变量的实际意义。当明白变量意义时，自己的思路会更清晰，而且代码可读性也更好。
