二叉树层序遍历 ZigZag（双端队列）实现与优化
二叉树是一种常见的树形数据结构，在计算机科学中有着广泛的应用。层序遍历是二叉树遍历的一种方式，它按照从上到下、从左到右的顺序访问树中的每个节点。而ZigZag遍历则是一种特殊的层序遍历，其访问顺序为从上到下、从右到左，再从下到上、从左到右，如此交替进行。本文将围绕二叉树的ZigZag层序遍历，使用双端队列（deque）进行实现，并探讨其优化策略。
双端队列简介
双端队列（Double-Ended Queue，简称deque）是一种具有两端开口的队列，可以在两端进行插入和删除操作。在Python中，可以使用`collections.deque`来实现双端队列。
ZigZag层序遍历实现
以下是一个使用双端队列实现二叉树ZigZag层序遍历的Python代码示例：
python
from collections import deque
class TreeNode:
def __init__(self, val=0, left=None, right=None):
self.val = val
self.left = left
self.right = right
def zigzag_traversal(root):
if not root:
return []
result = []
queue = deque([root])
level = 0
while queue:
level_size = len(queue)
level_nodes = []
for _ in range(level_size):
node = queue.popleft()
level_nodes.append(node.val)
if node.left:
queue.append(node.left)
if node.right:
queue.append(node.right)
if level % 2 == 0:
result.extend(level_nodes)
else:
result.extend(level_nodes[::-1])
level += 1
return result
代码解析
1. TreeNode类：定义二叉树的节点，包含值、左子节点和右子节点。
2. zigzag_traversal函数：实现ZigZag层序遍历。
- 首先判断根节点是否为空，如果为空则返回空列表。
- 初始化结果列表`result`、双端队列`queue`和当前层级`level`。
- 循环遍历队列，直到队列为空。
- 获取当前层级的节点数量`level_size`。
- 遍历当前层级的所有节点，将节点值添加到`level_nodes`列表中。
- 将左右子节点添加到队列中。
- 根据当前层级是奇数还是偶数，决定是否需要反转`level_nodes`列表。
- 将`level_nodes`列表中的值添加到结果列表`result`中。
- 将层级`level`加1。
- 返回结果列表`result`。
优化策略
1. 空间优化：在遍历过程中，可以使用一个变量来记录当前层级的节点数量，避免使用`level_size`变量。
2. 时间优化：在遍历过程中，可以提前判断当前节点是否为空，避免不必要的操作。
总结
本文介绍了二叉树层序遍历ZigZag的实现方法，并使用双端队列进行优化。通过分析代码，我们可以了解到双端队列在实现ZigZag遍历中的优势，以及如何进行优化。在实际应用中，我们可以根据具体需求对代码进行修改和调整，以满足不同的场景。
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