假设您想递归地实现一个二叉树的宽度优先搜索。你会怎么做?
是否可以只使用调用堆栈作为辅助存储?
当前回答
我认为这可以使用指针来完成，而不使用任何队列。
基本上我们在任何地方都维护两个指针，一个指向父结点，另一个指向待处理的子结点(链接列表指向所有已处理的子结点)
现在你只需分配子进程的指针&当父进程处理完成时，你只需让子进程成为父进程进行下一层的处理
以下是我的代码:
//Tree Node
struct Node {
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) {}
};
/ / Algorightm:
void LevelTraverse(Node* parent,Node* chidstart,Node* childend ){
if(!parent && !chidstart) return; // we processed everything
if(!parent && chidstart){ //finished processing last level
parent=chidstart;chidstart=childend=NULL; // assgin child to parent for processing next level
LevelTraverse(parent,chidstart,childend);
}else if(parent && !chidstart){ // This is new level first node tobe processed
Node* temp=parent; parent=parent->next;
if(temp->left) { childend=chidstart=temp->left; }
if(chidstart){
if(temp->right) { childend->next=temp->right; childend=temp->right; }
}else{
if(temp->right) { childend=chidstart=temp->right; }
}
LevelTraverse(parent,chidstart,childend);
}else if(parent && chidstart){ //we are in mid of some level processing
Node* temp=parent; parent=parent->next;
if(temp->left) { childend->next=temp->left; childend=temp->left; }
if(temp->right) { childend->next=temp->right; childend=temp->right; }
LevelTraverse(parent,chidstart,childend);
}
}
//驱动代码:
Node* connect(Node* root) {
if(!root) return NULL;
Node* parent; Node* childs, *childe; parent=childs=childe=NULL;
parent=root;
LevelTraverse(parent, childs, childe);
return root;
}
其他回答
二进制(或n-ary)树的BFS可以在没有队列的情况下递归完成，如下所示(在Java中):
public class BreathFirst {
static class Node {
Node(int value) {
this(value, 0);
}
Node(int value, int nChildren) {
this.value = value;
this.children = new Node[nChildren];
}
int value;
Node[] children;
}
static void breathFirst(Node root, Consumer<? super Node> printer) {
boolean keepGoing = true;
for (int level = 0; keepGoing; level++) {
keepGoing = breathFirst(root, printer, level);
}
}
static boolean breathFirst(Node node, Consumer<? super Node> printer, int depth) {
if (depth < 0 || node == null) return false;
if (depth == 0) {
printer.accept(node);
return true;
}
boolean any = false;
for (final Node child : node.children) {
any |= breathFirst(child, printer, depth - 1);
}
return any;
}
}
按升序遍历打印数字1-12的示例:
public static void main(String... args) {
// 1
// / | \
// 2 3 4
// / | | \
// 5 6 7 8
// / | | \
// 9 10 11 12
Node root = new Node(1, 3);
root.children[0] = new Node(2, 2);
root.children[1] = new Node(3);
root.children[2] = new Node(4, 2);
root.children[0].children[0] = new Node(5, 2);
root.children[0].children[1] = new Node(6);
root.children[2].children[0] = new Node(7, 2);
root.children[2].children[1] = new Node(8);
root.children[0].children[0].children[0] = new Node(9);
root.children[0].children[0].children[1] = new Node(10);
root.children[2].children[0].children[0] = new Node(11);
root.children[2].children[0].children[1] = new Node(12);
breathFirst(root, n -> System.out.println(n.value));
}
下面使用Haskell对我来说似乎很自然。在树的各个层次上递归迭代(这里我将名字收集到一个大的有序字符串中，以显示树的路径):
data Node = Node {name :: String, children :: [Node]}
aTree = Node "r" [Node "c1" [Node "gc1" [Node "ggc1" []], Node "gc2" []] , Node "c2" [Node "gc3" []], Node "c3" [] ]
breadthFirstOrder x = levelRecurser [x]
where levelRecurser level = if length level == 0
then ""
else concat [name node ++ " " | node <- level] ++ levelRecurser (concat [children node | node <- level])
我认为这可以使用指针来完成，而不使用任何队列。
基本上我们在任何地方都维护两个指针，一个指向父结点，另一个指向待处理的子结点(链接列表指向所有已处理的子结点)
现在你只需分配子进程的指针&当父进程处理完成时，你只需让子进程成为父进程进行下一层的处理
以下是我的代码:
//Tree Node
struct Node {
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) {}
};
/ / Algorightm:
void LevelTraverse(Node* parent,Node* chidstart,Node* childend ){
if(!parent && !chidstart) return; // we processed everything
if(!parent && chidstart){ //finished processing last level
parent=chidstart;chidstart=childend=NULL; // assgin child to parent for processing next level
LevelTraverse(parent,chidstart,childend);
}else if(parent && !chidstart){ // This is new level first node tobe processed
Node* temp=parent; parent=parent->next;
if(temp->left) { childend=chidstart=temp->left; }
if(chidstart){
if(temp->right) { childend->next=temp->right; childend=temp->right; }
}else{
if(temp->right) { childend=chidstart=temp->right; }
}
LevelTraverse(parent,chidstart,childend);
}else if(parent && chidstart){ //we are in mid of some level processing
Node* temp=parent; parent=parent->next;
if(temp->left) { childend->next=temp->left; childend=temp->left; }
if(temp->right) { childend->next=temp->right; childend=temp->right; }
LevelTraverse(parent,chidstart,childend);
}
}
//驱动代码:
Node* connect(Node* root) {
if(!root) return NULL;
Node* parent; Node* childs, *childe; parent=childs=childe=NULL;
parent=root;
LevelTraverse(parent, childs, childe);
return root;
}
我发现了一个非常漂亮的递归(甚至函数)宽度优先遍历相关算法。不是我的想法，但我认为在这个话题中应该提到它。
Chris Okasaki在http://okasaki.blogspot.de/2008/07/breadth-first-numbering-algorithm-in.html上用3张图片非常清楚地解释了他的ICFP 2000的宽度优先编号算法。
Debasish Ghosh的Scala实现，我在http://debasishg.blogspot.de/2008/09/breadth-first-numbering-okasakis.html找到的，是:
trait Tree[+T]
case class Node[+T](data: T, left: Tree[T], right: Tree[T]) extends Tree[T]
case object E extends Tree[Nothing]
def bfsNumForest[T](i: Int, trees: Queue[Tree[T]]): Queue[Tree[Int]] = {
if (trees.isEmpty) Queue.Empty
else {
trees.dequeue match {
case (E, ts) =>
bfsNumForest(i, ts).enqueue[Tree[Int]](E)
case (Node(d, l, r), ts) =>
val q = ts.enqueue(l, r)
val qq = bfsNumForest(i+1, q)
val (bb, qqq) = qq.dequeue
val (aa, tss) = qqq.dequeue
tss.enqueue[org.dg.collection.BFSNumber.Tree[Int]](Node(i, aa, bb))
}
}
}
def bfsNumTree[T](t: Tree[T]): Tree[Int] = {
val q = Queue.Empty.enqueue[Tree[T]](t)
val qq = bfsNumForest(1, q)
qq.dequeue._1
}
我找不到一种完全递归的方法(没有任何辅助数据结构)。但是如果队列Q是通过引用传递的，那么你可以得到下面这个愚蠢的尾部递归函数:
BFS(Q)
{
if (|Q| > 0)
v <- Dequeue(Q)
Traverse(v)
foreach w in children(v)
Enqueue(Q, w)
BFS(Q)
}
