Java实现二叉树的创建和遍历操作

最近在学习二叉树的相关知识，一开始真的是毫无头绪。本来学的是C++二叉树，但苦于编译器老是出故障，于是就转用Java来实现二叉树的操作。但是二者原理是一致的，而且实现的方式也是大同小异！

下面就让我们来看看代码吧。

1、首先我们需要创建一个二叉树的节点类，便于我们对树的操作，当然了，你也可以在二叉树类的内部将节点类声明为内部类，但是这样会降低操作的灵活性。我才用的是单独创建一个BinaryTreeNode类，代码如下：

package MyBinaryTree;

public class BinaryTreeNode<T> {

T data;
BinaryTreeNode<T> leftChild;
BinaryTreeNode<T> rightChild;

public T getData() {
return data;
}

public void setData(T data) {
this.data = data;
}

BinaryTreeNode() {
this.data = null;
this.leftChild = null;
this.rightChild = null;
}

BinaryTreeNode(T data) {
this.data = data;
this.leftChild = null;
this.rightChild = null;
}

public BinaryTreeNode(T data, BinaryTreeNode<T> leftChild,
BinaryTreeNode<T> rightChild) {
super();
this.data = data;
this.leftChild = leftChild;
this.rightChild = rightChild;
}

public BinaryTreeNode<T> getLeftChild() {
return leftChild;
}

public void setLeftChild(BinaryTreeNode<T> leftChild) {
this.leftChild = leftChild;
}

public BinaryTreeNode<T> getRightChild() {
return rightChild;
}

public void setRightChild(BinaryTreeNode<T> rightChild) {
this.rightChild = rightChild;
}

public boolean isLeaf() {
if (this.leftChild == null && this.rightChild == null) {
return true;
}
return false;
}

}
//我才用的是泛型定义，在C++中我们可以使用模板来实现相同的处理

2、有了节点类，下面就是二叉树类了，注释什么的在代码中已经非常详细了:

package MyBinaryTree;

import java.util.Queue;
import java.util.Stack;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;

public class BinaryTree<T> {

private BinaryTreeNode<T> root;

public BinaryTree() {
BinaryTreeNode<T> node = new BinaryTreeNode<T>();
this.root = node;
}

public boolean isEmpty() {
if (root == null) {
return true;
}
return false;
}

public BinaryTreeNode<T> getRoot() {
return this.root;
}

public void CreateTree(BinaryTreeNode<T> node, T data) {
if (root == null) {
root = new BinaryTreeNode<T>();
} else {
if (Math.random() > 0.5) {                   //采用随机方式创建二叉树
if (node.leftChild == null) {
node.leftChild = new BinaryTreeNode<T>(data);
} else {
CreateTree(node.leftChild, data);
}
} else {
if (node.rightChild == null) {
node.rightChild = new BinaryTreeNode<T>(data);
} else {
CreateTree(node.rightChild, data);
}
}
}
}

/*
* 访问当前节点
*/
public void Visit(BinaryTreeNode<T> current) {
if(current!=null&¤t.getData()!=null){
System.out.println(current.getData());
}else{
System.out.println("null");
}
}

/*
* 广度优先遍历二叉树
*/
public void levelOrder(BinaryTreeNode<T> root) {
Queue<BinaryTreeNode<T>> queue = new LinkedBlockingQueue<BinaryTreeNode<T>>();
BinaryTreeNode<T> pointer = root;
/*
* 当前节点不为空时，放入队首
*/
if (pointer != null) {
queue.add(pointer);
}
/*
* 队列不为空时，先访问中间节点，访问完成后弹出队首节点；然后是左节点，再是右节点；
*/
while (!queue.isEmpty()) {
pointer = queue.peek();
Visit(pointer);
queue.remove();
if (pointer.leftChild != null) {
queue.add(pointer.leftChild);
}
if (pointer.rightChild != null) {
queue.add(pointer.rightChild);
}
}
}

/*
* 递归方式的前序遍历
*/
public void preOrder(BinaryTreeNode<T> root) {
Visit(root);
preOrder(root.leftChild);
preOrder(root.rightChild);
}

/*
* 非递归方式实现的前序遍历
*/
public void NPreOrder(BinaryTreeNode<T> root){
Queue<BinaryTreeNode<T>> queue=new LinkedBlockingQueue<BinaryTreeNode<T>>();
BinaryTreeNode<T> pointer=root;
/*
* 当前节点不为空，就一直放入队尾；当前节点为空时，访问队首元素，然后访问做孩子节点；然后弹出，再对新的队首元素进行判断
*/
while(!queue.isEmpty()||pointer!=null){
if(pointer!=null){
Visit(pointer);
if(pointer.rightChild!=null){
queue.add(pointer.rightChild);
}
pointer=pointer.leftChild;
}else{
pointer=queue.peek();
queue.remove();
}
}
}

/*
* 采用递归方式实现的中序遍历操作
*/
public void inOrder(BinaryTreeNode<T> root){
inOrder(root.leftChild);
Visit(root);
inOrder(root.rightChild);
}

/*
* 非递归方式实现的中序遍历
*/
public void NInOrder(BinaryTreeNode<T> root){
Stack<BinaryTreeNode<T>> stack=new Stack<BinaryTreeNode<T>>();
BinaryTreeNode<T> pointer=root;
/*
* 当前节点不为空，就一直进栈；当前节点为空时，访问栈顶元素，然后再访问右孩子节点
*/
while(!stack.isEmpty()||pointer!=null){
if(pointer!=null){
stack.push(pointer);
pointer=pointer.leftChild;
}else{
pointer=stack.peek();
Visit(pointer);
pointer=pointer.rightChild;
stack.pop();
}
}
}

/*
* 递归方式实现的后序遍历二叉树
*/
public void postOrder(BinaryTreeNode<T> root){
postOrder(root.leftChild);
postOrder(root.rightChild);
Visit(root);
}

/*
* 非递归方式实现的后序遍历二叉树
*/
public void NPostOrder(BinaryTreeNode<T> root){
Stack<BinaryTreeNode<T>> stack=new Stack<BinaryTreeNode<T>>();//初始化栈，用于保存带访问的节点
BinaryTreeNode<T> pointer=root;                               //保存根节点
BinaryTreeNode<T> preNode=root;                               //保存前一个被访问的节点
while(!stack.isEmpty()||pointer!=null){
//若当前节点不空，就一直进栈，然后继续向左走
while(pointer.leftChild!=null){
stack.push(pointer);
pointer=pointer.leftChild;
}
/*
* 当前节点为空时，分两种情况：
* 1、当前节点移动到栈顶处，然后访问栈顶元素的右节点
* 2、当前节点移动到栈顶，但是栈顶元素没有右节点，这就需要弹出栈顶元素，再对此元素访问；
* 然后再对新的栈顶元素进行判断即可
*/
while(pointer!=null&&(pointer.rightChild==null)||(pointer.rightChild==preNode)){
Visit(pointer);
preNode=pointer;
if(stack.isEmpty()){
return;
}
pointer=stack.peek();
stack.pop();
}
stack.push(pointer);
pointer=pointer.rightChild;

}
}
}

3、然后是我的测试类，下面请看代码：

public static void main(String[] args) {
BinaryTree<Integer> tree = new BinaryTree<Integer>();
for (int i = 1; i < 10; i++) {
tree.CreateTree(tree.root, i);
}
System.out.println("-----------下面是广度优先遍历二叉树--------------");
tree.levelOrder(tree.root);
System.out.println("-----------下面是非递归的前序遍历方式-------------");
tree.NPreOrder(tree.root);
System.out.println("-----------下面是非递归的中序遍历方式-------------");
tree.NInOrder(tree.root);
System.out.println("-----------下面是非递归的后序遍历方式-------------");
tree.NPostOrder(tree.root);
}

4、接下来是测试的结果：

-----------下面是广度优先遍历二叉树--------------
null
1
2
6
4
3
8
7
5
9
-----------下面是非递归的前序遍历方式-------------
null
1
6
2
3
4
5
7
8
9
-----------下面是非递归的中序遍历方式-------------
6
7
1
5
4
null
3
9
2
8
-----------下面是非递归的后序遍历方式-------------
7
6
5
4
1
9
3
8
2
null

5、不足之处：

也许是测试的时候方式不对，因为使用递归方式对二叉树进行遍历的时候会报出NullPointerException的空指针错误。如果你知道原因在哪？不妨写下你的评论。也好让我加以改正。

6、总结：

在学习的过程中我意识到了一点，希望与君共勉！那就是埋头敲代码是解决不了问题的。重要的是思路。没有思路，一味的测试也是不可能成功的。在敲代码之前，我们一定要搞懂我们要做什么，怎么做，这样才会事半功倍。希望能和大家共同学习，一起进步！