Помогите мне понять Inorder Traversal без использования рекурсии

Question

Я могу понять обход по предварительному заказу без использования рекурсии, но мне тяжело с обходом по порядку. Возможно, я просто не понимаю этого, потому что я не понял внутренней работы рекурсии.

Это то, что я пробовал до сих пор:

def traverseInorder(node):
    lifo = Lifo()
    lifo.push(node)
    while True:
        if node is None:
            break
        if node.left is not None:
            lifo.push(node.left)
            node = node.left
            continue
        prev = node
        while True:
            if node is None:
                break
            print node.value
            prev = node
            node = lifo.pop()
        node = prev
        if node.right is not None:
            lifo.push(node.right)
            node = node.right
        else:
            break

Внутренний цикл while просто не подходит. Кроме того, некоторые элементы печатаются дважды; может быть, я могу решить эту проблему, проверив, был ли этот узел напечатан ранее, но для этого требуется другая переменная, которая, опять же, не выглядит правильно. Куда я иду не так?

Я не пробовал пост-порядок обхода, но я думаю, что это похоже, и там я тоже столкнусь с такой же концептуальной блокировкой.

Спасибо за ваше время!

П.С .: Определения Lifo и Node:

class Node:
    def __init__(self, value, left=None, right=None):
        self.value = value
        self.left = left
        self.right = right

class Lifo:
    def __init__(self):
        self.lifo = ()
    def push(self, data):
        self.lifo = (data, self.lifo)
    def pop(self):
        if len(self.lifo) == 0:
            return None
        ret, self.lifo = self.lifo
        return ret

Answer 1

Начните с рекурсивного алгоритма (псевдокод):

traverse(node):
  if node != None do:
    traverse(node.left)
    print node.value
    traverse(node.right)
  endif

Это явный случай рекурсии хвоста, так что вы можете легко превратить его в цикл while.

traverse(node):
  while node != None do:
    traverse(node.left)
    print node.value
    node = node.right
  endwhile

Вы остались с рекурсивным вызовом. Что делает рекурсивный вызов, так это помещает новый контекст в стек, запускает код с самого начала, затем извлекает контекст и продолжает делать то, что делал. Таким образом, вы создаете стек для хранения и цикл, который определяет на каждой итерации, в какой ситуации мы находимся в «первом запуске» (ненулевой узел) или в ситуации «возврата» (нулевой узел, непустой стек ) и запускает соответствующий код:

traverse(node):
  stack = []
  while !empty(stack) || node != None do:
    if node != None do: // this is a normal call, recurse
      push(stack,node)
      node = node.left
    else // we are now returning: pop and print the current node
      node = pop(stack)
      print node.value
      node = node.right
    endif
  endwhile

Трудно понять, что является частью «возврата»: вы должны определить в цикле, находится ли выполняемый код в ситуации «входа в функцию» или в ситуации «возврата из вызова» и у вас будет цепочка if/else с таким количеством случаев, сколько у вас нет нетерминальных рекурсий в вашем коде.

В этой конкретной ситуации мы используем узел для хранения информации о ситуации. Другой способ - сохранить это в самом стеке (как это делает компьютер для рекурсии). При таком способе код становится менее оптимальным, но его легче выполнять

traverse(node):
  // entry:
  if node == NULL do return
  traverse(node.left)
  // after-left-traversal:
  print node.value
  traverse(node.right)

traverse(node):
   stack = [node,'entry']
   while !empty(stack) do:
     [node,state] = pop(stack)
     switch state: 
       case 'entry': 
         if node == None do: break; // return
         push(stack,[node,'after-left-traversal']) // store return address
         push(stack,[node.left,'entry']) // recursive call
         break;
       case 'after-left-traversal': 
         print node.value;
         // tail call : no return address
         push(stack,[node.right,'entry']) // recursive call
      end
    endwhile 

Answer 2

Вот простой в порядке нерекурсивный код C ++.

void inorder (node *n)
{
    stack s;

    while(n){
        s.push(n);
        n=n->left;
    }

    while(!s.empty()){
        node *t=s.pop();
        cout<<t->data;
        t=t->right;

        while(t){
            s.push(t);
            t = t->left;
        }
    }
}

Answer 3

def print_tree_in(root):
    stack = []
    current = root
    while True:
        while current is not None:
            stack.append(current)
            current = current.getLeft();
        if not stack:
            return
        current = stack.pop()
        print current.getValue()
        while current.getRight is None and stack:
            current = stack.pop()
            print current.getValue()
        current = current.getRight();

Answer 4

Вот пример обхода заказа с использованием стека в c # (.net):

(для итеративного пост-заказа вы можете сослаться на: Обратный порядок двоичного дерева без рекурсии *

)

public string InOrderIterative()
        {
            List<int> nodes = new List<int>();
            if (null != this._root)
            {
                Stack<BinaryTreeNode> stack = new Stack<BinaryTreeNode>();
                var iterativeNode = this._root;
                while(iterativeNode != null)
                {
                    stack.Push(iterativeNode);
                    iterativeNode = iterativeNode.Left;
                }
                while(stack.Count > 0)
                {
                    iterativeNode = stack.Pop();
                    nodes.Add(iterativeNode.Element);
                    if(iterativeNode.Right != null)
                    {
                        stack.Push(iterativeNode.Right);
                        iterativeNode = iterativeNode.Right.Left;
                        while(iterativeNode != null)
                        {
                            stack.Push(iterativeNode);
                            iterativeNode = iterativeNode.Left;
                        }
                    }
                }
            }
            return this.ListToString(nodes);
        }

Вот пример с посещенным флагом:

public string InorderIterative_VisitedFlag()
        {
            List<int> nodes = new List<int>();
            if (null != this._root)
            {
                Stack<BinaryTreeNode> stack = new Stack<BinaryTreeNode>();
                BinaryTreeNode iterativeNode = null;
                stack.Push(this._root);
                while(stack.Count > 0)
                {
                    iterativeNode = stack.Pop();
                    if(iterativeNode.visted)
                    {
                        iterativeNode.visted = false;
                        nodes.Add(iterativeNode.Element);
                    }
                    else
                    {
                        iterativeNode.visted = true;
                        if(iterativeNode.Right != null)
                        {
                            stack.Push(iterativeNode.Right);
                        }
                        stack.Push(iterativeNode);
                        if (iterativeNode.Left != null)
                        {
                            stack.Push(iterativeNode.Left);
                        }
                    }
                }
            }
            return this.ListToString(nodes);
        }

определения двоичного триода, утилита listtostring:

string ListToString(List<int> list)
        {
            string s = string.Join(", ", list);
            return s;
        }


class BinaryTreeNode
    {
        public int Element;
        public BinaryTreeNode Left;
        public BinaryTreeNode Right;        
    }

Answer 5

def traverseInorder(node):
   lifo = Lifo()

  while node is not None:
    if node.left is not None:
       lifo.push(node)
       node = node.left
       continue

   print node.value

   if node.right is not None:
      node = node.right
      continue

   node = lifo.Pop()
   if node is not None :
      print node.value
      node = node.right

PS: я не знаю Python, поэтому возможны некоторые проблемы с синтаксисом.

Answer 6

Вот итерационный код Python для обхода Inorder ::

class Node:
    def __init__(self, data):
        self.data = data
        self.left = None
        self.right = None

def inOrder(root):
    current = root
    s = []
    done = 0

    while(not done):
        if current is not None :
            s.append(current)
            current = current.left
        else :
            if (len(s)>0):
                current = s.pop()
                print current.data
                current = current.right
            else :
                done =1

root = Node(1)
root.left = Node(2)
root.right = Node(3)
root.left.left = Node(4)
root.left.right = Node(5)

inOrder(root)

Answer 7

Вот итеративное решение C ++ в качестве альтернативы тому, что опубликовал @Emadpres:

<code>void inOrderTraversal(Node *n)
{
    stack<Node *> s;
    s.push(n);
    while (!s.empty()) {
        if (n) {
            n = n->left;
        } else {
            n = s.top(); s.pop();
            cout << n->data << " ";
            n = n->right;
        }
        if (n) s.push(n);
    }
}

Answer 8

class Tree:

    def __init__(self, value):
        self.left = None
        self.right = None
        self.value = value

    def insert(self,root,node):
        if root is None:
            root = node
        else:
            if root.value < node.value:
                if root.right is None:
                    root.right = node
                else:
                    self.insert(root.right, node)
            else:
                if root.left is None:
                    root.left = node
                else:
                    self.insert(root.left, node)       

    def inorder(self,tree):
        if tree.left != None:
            self.inorder(tree.left)
        print "value:",tree.value

        if tree.right !=None:
            self.inorder(tree.right)

    def inorderwithoutRecursion(self,tree):
        holdRoot=tree
        temp=holdRoot
        stack=[]
        while temp!=None:
            if temp.left!=None:
                stack.append(temp)
                temp=temp.left
                print "node:left",temp.value

            else:
                if len(stack)>0:
                    temp=stack.pop();
                    temp=temp.right
                    print "node:right",temp.value

Answer 9

Простой итеративный обход порядка без рекурсии

'''iterative inorder traversal, O(n) time & O(n) space '''

class Node:
    def __init__(self, value, left = None, right = None):
        self.value = value
        self.left = left
        self.right = right

def inorder_iter(root):

    stack = [root]
    current = root

    while len(stack) > 0:
        if current:
            while current.left:
                stack.append(current.left)
                current = current.left
        popped_node = stack.pop()
        current = None
        if popped_node:
            print popped_node.value
            current = popped_node.right
            stack.append(current)

a = Node('a')
b = Node('b')
c = Node('c')
d = Node('d')

b.right = d
a.left = b
a.right = c

inorder_iter(a)

Answer 10

Это может быть полезно (реализация Java)

public void inorderDisplay(Node root) {
    Node current = root;
    LinkedList<Node> stack = new LinkedList<>();
    while (true) {
        if (current != null) {
            stack.push(current);
            current = current.left;
        } else if (!stack.isEmpty()) {
            current = stack.poll();
            System.out.print(current.data + " ");
            current = current.right;
        } else {
            break;
        }
    }
}