N 叉树的前序遍历

标签: 深度优先搜索

难度: Easy

给定一个 n 叉树的根节点  root ,返回 其节点值的 前序遍历

n 叉树 在输入中按层序遍历进行序列化表示,每组子节点由空值 null 分隔(请参见示例)。


示例 1:

输入:root = [1,null,3,2,4,null,5,6]
输出:[1,3,5,6,2,4]

示例 2:

输入:root = [1,null,2,3,4,5,null,null,6,7,null,8,null,9,10,null,null,11,null,12,null,13,null,null,14]
输出:[1,2,3,6,7,11,14,4,8,12,5,9,13,10]

提示:

  • 节点总数在范围 [0, 104]
  • 0 <= Node.val <= 104
  • n 叉树的高度小于或等于 1000

进阶:递归法很简单,你可以使用迭代法完成此题吗?

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"""
# Definition for a Node.
class Node:
    def __init__(self, val=None, children=None):
        self.val = val
        self.children = children
"""

class Solution:
    def preorder(self, root: 'Node') -> List[int]:
        res = []
        if root is None:
            return res
        def dfs(node: 'Node') -> None:
            if node is None:
                return 
            res.append(node.val)
            for c in node.children:
                dfs(c)
        dfs(root)
        return res
        
    
    

Explain

这道题使用了递归的深度优先搜索(DFS)来完成N叉树的前序遍历。首先初始化结果列表res,如果根节点为空则直接返回空列表。然后定义辅助函数dfs,传入当前节点,如果当前节点为空则直接返回。将当前节点的值加入结果列表,然后对当前节点的所有子节点递归调用dfs。最后在主函数中调用dfs,并返回结果列表res。

时间复杂度: O(n)

空间复杂度: O(n)

class Solution:
    def preorder(self, root: 'Node') -> List[int]:
        res = []  # 初始化结果列表
        if root is None:  # 如果根节点为空,直接返回空列表
            return res
        
        def dfs(node: 'Node') -> None:
            if node is None:  # 如果当前节点为空,直接返回
                return 
            res.append(node.val)  # 将当前节点的值加入结果列表
            for c in node.children:  # 递归遍历当前节点的所有子节点
                dfs(c)
        
        dfs(root)  # 从根节点开始递归
        return res  # 返回结果列表

Explore

在递归函数`dfs`中进行空节点检查实际上是一种防御性编程策略。虽然根节点在主函数中已经进行了检查,但是,N叉树中的某些子节点列表可能为空或包含空节点。例如,一个节点可能显式地持有一个空引用作为其子节点之一。这种情况下,当尝试访问这个空引用的子节点时,就需要这个空检查来防止运行时错误。

在递归函数`dfs`中,子节点的遍历顺序确实影响前序遍历的结果。前序遍历的特点是先访问父节点,然后依次访问子节点。在这种情况下,子节点应当按照从左到右的顺序遍历以保持前序遍历的定义。在代码实现中,应确保子节点列表的遍历是按照这个顺序进行的,如`for c in node.children:`确保了按照列表顺序(通常是插入顺序)进行遍历。

在非递归的解决方案中,可以使用栈来模拟递归过程实现前序遍历。具体方法是,将根节点压入栈中,然后在循环中,从栈中弹出节点,记录其值,然后将其子节点从右至左压入栈中(这样可以保证左侧子节点先被弹出和访问)。这种方法的时间复杂度与递归方法相同,都是O(n),其中n是树中的节点总数。然而,由于递归方法的函数调用可能导致调用栈溢出,使用栈的迭代方法在处理非常深的树时可能更有优势。

递归深度直接受N叉树的形状影响。在平衡的N叉树中,每个节点都有相同数量的子节点,并且每层节点数都是前一层的倍数,递归深度相对较小。例如,每个节点有3个子节点的三叉树,高度为h的树的递归深度为h。相反,在极端情况下,如链状结构(每个节点只有一个子节点),树的高度和递归深度等于节点总数,这可能导致非常深的递归调用栈。