BFS 与 DFS——力扣102.二叉树的层序遍历

力扣102.二叉树的层序遍历


LeetCode 102. 二叉树的层序遍历:从 BFS 到 DFS 的两种写法详解

一、题目描述

给定一个二叉树的根节点 root,返回其节点值的层序遍历结果。

层序遍历是指 逐层 、从左到右 地访问所有节点。


示例 1:

复制代码
输入:root = [3,9,20,null,null,15,7]
输出:[[3],[9,20],[15,7]]

示例 2:

复制代码
输入:root = [1]
输出:[[1]]

示例 3:

复制代码
输入:root = []
输出:[]

提示:

  • 树中节点数量范围:[0, 2000]
  • 节点值范围:[-1000, 1000]

二、题意分析

层序遍历是最经典的 广度优先搜索(BFS) 场景之一。

核心思想是利用队列(Queue)逐层存储节点:

  1. 每次取出队列中当前层的所有节点;
  2. 访问它们的值;
  3. 将它们的左右孩子加入队列;
  4. 重复直到队列为空。

此外,也可以用 深度优先搜索(DFS) 结合层数信息实现相同的效果。


三、解法一:BFS(队列实现)

1. 思路讲解

  • 创建一个队列 Queue<TreeNode>;

  • 初始时将根节点入队;

  • 当队列不为空时:

    • 记录当前层的节点数量;
    • 遍历该层的所有节点,取出节点值;
    • 将左右子节点加入队列;
    • 将本层结果加入最终结果列表。

2. 代码实现(推荐写法)

java 复制代码
import java.util.*;

class Solution {
    public List<List<Integer>> levelOrder(TreeNode root) {
        List<List<Integer>> result = new ArrayList<>();
        if (root == null) return result;

        Queue<TreeNode> queue = new LinkedList<>();
        queue.offer(root);

        while (!queue.isEmpty()) {
            int size = queue.size();
            List<Integer> level = new ArrayList<>();

            for (int i = 0; i < size; i++) {
                TreeNode node = queue.poll();
                level.add(node.val);

                if (node.left != null) queue.offer(node.left);
                if (node.right != null) queue.offer(node.right);
            }

            result.add(level);
        }

        return result;
    }
}

3. 复杂度分析

项目 复杂度 说明
时间复杂度 O(n) 每个节点访问一次
空间复杂度 O(n) 队列最多存储一层节点

四、解法二:DFS(递归实现)

1. 思路讲解

使用 DFS 递归时,传入当前节点与层数 level:

  • 若 result.size() == level,说明是新的一层,需要新建一个列表;
  • 将当前节点的值添加到对应层的列表中;
  • 递归访问左子树与右子树,层数加 1。

2. 代码实现

java 复制代码
import java.util.*;

class Solution {
    public List<List<Integer>> levelOrder(TreeNode root) {
        List<List<Integer>> result = new ArrayList<>();
        dfs(root, 0, result);
        return result;
    }

    private void dfs(TreeNode node, int level, List<List<Integer>> result) {
        if (node == null) return;

        if (result.size() == level) {
            result.add(new ArrayList<>());
        }

        result.get(level).add(node.val);

        dfs(node.left, level + 1, result);
        dfs(node.right, level + 1, result);
    }
}

3. 复杂度分析

项目 复杂度 说明
时间复杂度 O(n) 每个节点遍历一次
空间复杂度 O(h) 递归栈高度为树的高度(最坏 O(n))

五、方法对比总结

方法 思路核心 是否递归 时间复杂度 空间复杂度 适用场景
BFS 队列逐层扫描 否 O(n) O(n) 常规、直观
DFS 递归分层收集 是 O(n) O(h) 适合喜欢递归思维者

六、拓展思考

  1. 层序遍历变体:

    • 自底向上的层序遍历(反转结果列表);
    • 每层节点平均值;
    • 锯齿形层序遍历(Zigzag Level Order)。
  2. 面试延伸:

    • 层序遍历在 BFS、图搜索、最短路径问题中均有广泛应用;
    • 掌握 BFS 思路后,可以轻松应对拓扑排序、岛屿问题等题型。

七、总结

  • 核心模板: 队列存当前层节点,遍历时入下一层;
  • 可选写法: 递归 DFS,通过层数控制分层;
  • 掌握层序遍历思想,是理解 BFS 核心的关键一步。

相关推荐
文丑颜不良啊2 小时前
LeetCode876~900题目解析
java·leetcode
木井巳10 小时前
【动态规划: 路径问题】不同路径
java·算法·leetcode·动态规划
晒太羊的猫11 小时前
hot100子串
java·算法·leetcode
海清河晏11112 小时前
加油站问题
数据结构·算法·leetcode
Nuanyt14 小时前
LeetCode Hot 100 · 双指针 3 题 Java
java·笔记·算法·leetcode·双指针
文丑颜不良啊15 小时前
LeetCode851~875题目解析
java·leetcode
Navigator_Z15 小时前
LeetCode //C - 1304. Find N Unique Integers Sum up to Zero
c语言·算法·leetcode
?abc!1 天前
(数组)581. 最短无序连续子数组
数据结构·算法·leetcode
hold?fish:palm1 天前
40 二叉树的直径
c++·leetcode
guo_wen_qiang1 天前
二叉树的层序遍历-使用双端队列Deque
算法·leetcode·1024程序员节