二叉树的之字形层序遍历

1、参考资料

https://www.nowcoder.com/practice/47e1687126fa461e8a3aff8632aa5559

2、题目要求

题目描述

给定一个二叉树，返回该二叉树的之字形层序遍历，（第一层从左向右，下一层从右向左，一直这样交替）

例如：给定的二叉树是

{3,9,20,#,#,15,7}


该二叉树之字形层序遍历的结果是

[
[3],
[20,9],
[15,7]
]

示例

输入

{1,#,2}

输出

[[1],[2]]

3、代码思路

基于双栈的层序遍历

1. 我们可以使用
   
queue

   对二叉树进行层序遍历，现在要求进行之字形层序遍历，即第一层正序输出，第二层逆序输出，第三层又正序输出，以此类推。。。
2. 但凡牵涉到逆序，我们就会想到栈这个数据结构，因为栈先进后出，先进入栈的数据最后出栈，所以栈能实现逆序的效果
3. 起初写代码的时候我卡壳了，因为我只用了一个栈，抠破脑袋也捋清思路，现在想想，这不挺简单的一个道理嘛~~~
4. 假设我们现在遍历到二叉树第二层，首先，为了实现逆序遍历，二叉树第二层的节点肯定都保存在一个栈中(
   
stack1

   )，这是毋庸置疑的，那么下一层节点咋办呢？肯定不能往
   
stack1

   里面塞，因为塞了之后就把
   
stack1

   的栈顶给封住了，第二层剩余的节点就取不出来了，所以我们还需要一个栈(
   
stack2

   )存储下一层的节点
5. 在经历上述操作后，
   
stack1

   变为了空栈，
   
stack2

   存储了第三层的节点，然后我们接着遍历
   
stack2

   ，将第四层的节点存入
   
stack1

   中
6. 仔细想了想，我这里的设计思路还有点牛逼(自恋一下)，引用
   
JVM

   幸存者区的一句话：谁空谁是
   
to

   ，这点在我代码中也有体现，
   
stackOut

   表示存储当前层节点的栈，
   
stackIn

   表示存储下一层节点的栈，
   
stack1

   和
   
stack2

   的身份在
   
stackOut

   和
   
stackIn

   之间不停地切换
7. 关于遍历的方向：从左往右遍历(正向遍历)时，我们需要先将当前节点的左节点
   
stackIn

   中；从右往左遍历(反向遍历)时，我们需要先将当前节点的右节点
   
stackIn

   中

举例说明

1. 以下面这颗二叉树举例说明，先将根节点
   
1

   压入
   
stack1

   中

         1 
        / \
       2    3
      /      \
     4        5
   

2. 首先遍历的方向为正向遍历(
   
isForward = true

   ，从左往右遍历)时

   1. 此时
      
stack1

      为
      
stackOut

      ，
      
stack2

      为
      
stackIn

      ，遍历完成后
      
stack1

      为空，
      
stack2

      中存储着第二层的节点
   2. 遍历时不断
      
pop()

      出
      
stackOut

      中的节点，添加至
      
ArrayList

      中，得到第一层的顺序遍历

         1         <-------当前层
        / \
       2    3
      /      \
     4        5
   

3. 遍历完第一层后转换方向，变为从右往左遍历(
   
isForward = false

   )，

   1. 此时
      
stack2

      为
      
stackOut

      ，
      
stack1

      为
      
stackIn

      ，遍历完成后
      
stack2

      为空，
      
stack1

      中存储着第三层的节点
   2. 遍历时不断
      
pop()

      出
      
stackOut

      中的节点，添加至
      
ArrayList

      中，得到第二层的逆序遍历

         1
        / \
       2    3      <-------当前层
      /      \
     4        5
   

4. 以此类推

4、代码实现

代码

class Solution {
    public ArrayList<ArrayList<Integer>> zigzagLevelOrder(TreeNode root) {

        ArrayList<ArrayList<Integer>> zigzagOrder = new ArrayList<>();

        // Guard safe
        if (root == null) {
            return zigzagOrder;
        }

        // 双栈
        Deque<TreeNode> stack1 = new LinkedList<>();
        Deque<TreeNode> stack2 = new LinkedList<>();
        stack1.push(root); // 将根节点压入栈中
        boolean isForword = true; // 初始顺序为从左往右遍历

        // 但凡只要有一个栈中还有元素，则证明当前层还有节点
        while (stack1.isEmpty() == false || stack2.isEmpty() == false) {
            // 谁空谁来存储下一层节的点，谁不空谁存储了当前层节点
            Deque<TreeNode> stackOut = stack1.isEmpty() ? stack2 : stack1;
            Deque<TreeNode> stackIn = stack1.isEmpty() ? stack1 : stack2;
            zigzagOrder.add(new ArrayList<>());
            // 遍历完当前层的节点
            while (stackOut.isEmpty() == false) {
                // 栈顶节点出栈
                TreeNode curNode = stackOut.pop();
                // 添加至 ArrayList
                zigzagOrder.get(zigzagOrder.size() - 1).add(curNode.val);
                if (isForword) {
                    // 如果方向是从左往右，则先遍历当前节点的左节点
                    pushNode(stackIn, curNode.left);
                    pushNode(stackIn, curNode.right);
                } else {
                    // 如果方向是从右往左，则先遍历当前节点的右节点
                    pushNode(stackIn, curNode.right);
                    pushNode(stackIn, curNode.left);
                }
            }
            isForword = !isForword; // 改变方向
        }

        return zigzagOrder;
    }

    private void pushNode(Deque<TreeNode> stack, TreeNode node) {
        if (node != null) {
            stack.push(node);
        }
    }
}

class TreeNode {
    int val = 0;
    TreeNode left = null;
    TreeNode right = null;

    public TreeNode(int val) {
        this.val = val;
    }
}