问题

花一晚上也无法理解非递归遍历二叉树,我该继续学下去吗?

回答
听到你卡在非递归遍历二叉树这儿,一晚上都搞不定,我完全理解你现在的沮丧。这绝对不是你一个人的问题,这个问题可以说是很多初学者在学习数据结构时都会遇到的一个“坎”。

首先,我想说,别灰心。你的感受非常正常。

非递归遍历二叉树,尤其是中序遍历,对很多人来说,就像是绕了一个大圈子,比递归版本“费劲”得多。它需要你跳出递归那个简洁的“自己调用自己”的思维模式,转而用更“手工化”的方式来模拟栈(或队列)的操作,来跟踪节点的访问顺序。这中间涉及到对指针的巧妙运用,以及对节点状态的精确管理,确实需要一些时间和练习才能建立起那种“感觉”。

那么,你该继续学下去吗?我的答案是: 看情况,但大多数情况下,是值得的。

让我来详细说说为什么,以及你在继续学习时可以注意些什么。

为什么非递归遍历那么“难”,但又值得学?

1. 理解“栈”和“队列”在算法中的核心作用:
递归的本质就是利用了函数调用栈。当你写一个递归函数时,每一次函数调用都会把当前的局部变量、返回地址等压入调用栈。当递归结束,这些信息又会从栈顶弹出,让你回到之前的状态。
非递归遍历,尤其是使用栈来实现的先序和中序遍历,就是显式地模拟了函数调用栈的行为。你用一个数据结构(通常是栈)来手动存储需要稍后访问的节点。这能让你更深入地理解“后进先出”(LIFO)的栈结构是如何工作的,以及它在状态管理中的威力。
层序遍历则用队列(先进先出,FIFO)来管理待访问的节点,让你理解队列在“按层”处理数据时的作用。
总而言之,掌握非递归遍历,就是一次绝佳的、将抽象的栈/队列概念与具体算法结合起来的实操练习。

2. 认识到“空间复杂度”和“时间复杂度”的权衡:
递归版本虽然代码简洁,但每次函数调用都需要额外的栈空间。在最坏的情况下(比如一个“斜链表”式的树),递归深度可以达到树的高度。如果树非常高,就可能导致栈溢出。
非递归版本通过显式使用栈或队列,也需要额外的空间。但你对这个空间的使用有了更清晰的控制。有时,非递归版本在特定场景下(例如,需要深度优先但又不想冒栈溢出的风险)是更优的选择。
理解这背后的权衡,是成为一个更成熟程序员的关键一步。

3. 锻炼“状态管理”和“细粒度控制”的能力:
递归就像一个“魔法”,帮你处理好了状态的保存和恢复。非递归则要求你亲力亲为。你需要自己判断:
现在应该访问哪个节点?
我什么时候需要把它“放起来”,以便稍后处理?
当我从“放起来”的节点回来时,我应该怎么做?
例如,在中序遍历的非递归版本中,你必须在访问一个节点时,将其右子树的入口(如果存在)先压入栈,然后才能处理这个节点本身。这需要你仔细思考“访问”这个动作在整个遍历过程中应该发生在何时何地。
这种“手动管理”的能力,在很多其他需要精细控制的场景下都非常有用。

4. 为更复杂的树算法打基础:
很多更高级的树算法,比如某些图算法、动态规划在树上的应用,或者更复杂的遍历方式,都需要你对节点的访问顺序有更精确的控制,或者需要你显式地管理状态。
能够熟练地用非递归方式处理基本的二叉树遍历,会让你在面对这些更复杂的算法时,少一些“工具不趁手”的烦恼。

那么,你遇到的困难点可能在哪里?

我可以帮你分析一下,看看是不是这些原因让你卡住了:

对栈的操作不够熟悉: 你是不是觉得“什么时候压栈”、“什么时候弹栈”、“压栈的是什么”这些细节有点模糊?
“状态”的转移不清晰: 在非递归中序遍历里,一个节点在被压入栈后,并不等于它被“访问”了。你需要理解“访问”这个动作(通常是打印值)发生在什么时候。通常,它是当你从栈顶弹出节点,且这个节点没有左子树(或者左子树已经被处理完毕)的时候。
指针的运用: 非递归遍历经常需要临时指针来指向当前正在处理的节点,或者遍历栈顶元素的子节点。这些指针的指向可能会让你感到困惑。
边界条件: 比如空树、只有一个节点的树、只有左子树或只有右子树的节点,这些边界情况处理不好,很容易出错。
与递归版本的思维差异: 递归版本是“我先处理左边,然后处理当前节点,最后处理右边”。非递归版本更像是“我先尽力往左走,同时把‘回来的路’(右子树)先放好,走不动了就处理当前节点,处理完了再往回(右边)走”。这种思维转换是最大的挑战。

如果你决定继续,有什么建议?

1. 放慢速度,细嚼慢嚼:
不要试图一蹴而就。 找一个例子,比如一棵小小的二叉树,手动模拟整个过程。
画图!画图!画图! 这是最重要的。用纸笔画出树的结构,画出栈(或队列)的变化,画出当前指针指向哪里。每一步都清晰地记录下来。
比如中序遍历:
初始化一个空栈,一个`current`指针指向根节点。
循环条件: `current`不为空 或者 栈不为空。
当`current`不为空时:
将`current`压栈。
将`current`移动到它的左子节点(`current = current>left`)。
(目的是:不断往左走,把所有左边的“路过的”节点都先压栈,因为中序要先处理左。)
当`current`为空时: (意味着我们已经走到最左边,或者左子树处理完了)
从栈顶弹出一个节点(`temp = stack.pop()`)。
这就是一个“被访问”的节点! (比如打印它的值)。
然后,把`current`指向这个弹出节点的右子节点(`current = temp>right`)。(因为中序是左根右,现在根处理完了,该处理右边了)。
理解这个“leftnoderight”的循环模式。

2. 从最简单的开始,然后逐步复杂化:
先确保你能正确实现先序遍历的非递归版本。它的逻辑相对简单:压入节点,处理节点,然后优先考虑右子树(压栈),再考虑左子树(直接进循环)。
然后是后序遍历,它最复杂,通常需要两个栈或者一个栈加一个标记位来处理。如果你卡在中序,后序可能会让你更沮丧,可以先放一放。
最后是中序遍历,它的难点在于“什么时候处理节点”。

3. 找不同的解释和视频:
我上面说的可能和你习惯的讲解方式不一样。尝试在网上搜索“非递归中序遍历 二叉树”或者“iterative inorder traversal binary tree”,看看别人是怎么解释的。有时候,换个角度,换种说法,突然就“顿悟”了。很多程序员的博客或YouTube视频会做得非常直观。

4. 动手写代码,然后调试:
在你理解了逻辑之后,自己动手写代码。
用Debugger! 这是你的秘密武器。设置断点,单步执行,观察变量的变化(特别是栈和当前指针)。看着程序是怎么一步步走到你期望的(或者不期望的)状态的。

5. 理解“递归是什么在做”:
试着用栈来模拟一次递归调用。例如,当你调用 `recursive_inorder(root>left)` 时,系统做了什么?它保存了 `root` 的信息,然后跳到 `recursive_inorder` 函数的入口。非递归版本就是要自己做这个“保存”和“跳转”的过程。

那么,什么时候可以考虑“暂停”或“换个角度”?

如果你的目标是快速理解树的基本概念: 递归版本是更高效的入门方式。你可以先用递归解决问题,然后在有更充裕的时间或者遇到特定限制(如栈溢出)时,再回头深入研究非递归版本。
如果这个内容是你当前学习路径中的一个“大石头”: 有时候,学得太钻牛角尖反而会影响整体进度。你可以先跳过它,或者只理解其“存在”和“为什么需要”,然后继续学习后面的内容。等学到更高级的算法,或者在实际项目中遇到问题时,你自然会更有动力去啃这块硬骨头。
如果你觉得这个方法论(用栈模拟递归)和你完全不搭: 也不用强求。重点是掌握各种遍历方式及其优缺点,而不是非要用栈模拟所有递归。例如,Morris 遍历(一种不需要额外栈空间的非递归中序遍历)又是一种完全不同的思维方式,它利用了树节点的空指针来“穿针引线”。

总结一下:

你的感觉没错,非递归遍历确实不容易。
但它是理解数据结构和算法本质、锻炼编程思维非常重要的一环。
关键在于细致、画图、调试,以及转换思维。
如果暂时卡住,不必过分自责,可以放慢速度,或者先求“知道有这么回事”,再回头深入。

最重要的是,不要因为这一个难点就否定自己。 编程学习就是这样,总会遇到让你抓耳挠腮的东西。每一次你攻克了一个难点,你就会变得更强大。

你可以再给自己一点时间,尝试用我上面说的方法,特别是画图模拟,去一点点拆解它。也许明天早上,或者再过几个小时,那个“卡住”的点就会突然“通了”。

加油!如果你尝试了,仍然觉得非常困难,或者有其他具体的代码实现上的问题,随时可以再来聊聊,我们一起分析。

网友意见

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主流的编程语言是基于栈实现递归的,你可以先试试从这个角度想想

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你这属于死磕。死磕的资本须源于自信。

如果我碰到这种情况,我会这么想:如果连我都不懂,那其他同学肯定也不懂。不急慢慢来。

很明显你没有这样的自信,更多地像是一种脆弱经不起打击的表现。

成年人学习编程有两大常见的误区,1是只看书不动手,2是什么都要追求“理解”。抱着这两种心态的人前赴后继,同样的话说多少遍也没有用。

我们每个人都是从小婴儿长大的。想想小婴儿是怎么学习说话的。是从“模仿”开始的。如果每个词每句话都要追求”理解“,那就永远都学不会讲话。

当然,婴儿没有意识,不知道追求理解。但是成年人有意识,学什么都要先理解,只可惜这有时候反而会成为学习的障碍。

对于初学编程的人来说,无论年龄多大、智商多高,在编程语言相关的知识面前,其实依然是婴儿。放低身段,用鹦鹉学舌的姿势,不“理解”别强求,只要能够依葫芦画瓢地去解题、考试,就够了。

至于“理解”,交给时间。

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我的解决办法是形象化思维和循序渐进 ,尽量把抽象思维可视化。

1、拿几张大白纸出来,横过来放,一张主力其他备用,同时准备铅笔橡皮。

大白纸左边画一棵三个节点的最简单树,右边画一个堆栈。

比如先根遍历 ,正在访问的节点名写在树下面,访问过的节点打勾 ;右边的堆栈用铅笔写好放刚刚入站的节点名;在节点出栈的时候,你就用橡皮把它擦掉。

这个就是过你脑子的逐帧动画,一步一步,绝不含糊。

2、把树换成教材上中等复杂的难度的树, 比如搞个十几个节点,自己再走一遍,保证你的脑子更清楚。白纸不值钱,写的不开心,可以把它撕掉,发泄一下怒气。

3、看懂代码,争取不看书把代码打一遍。自己调试语法和语义错,最后再跟书上核对,用打字来加深自己的代码印象。

4、脑子彻底清楚以后,在集成环境里打开单步调试,一般f8可以逐语句执行。执行的时候交叉对照你的逐帧动画,加变量监视,加断点,走一步,就停下来看看变脸和栈的状态,不要太直观。

这个我称为曾国藩式的学习法,遇到困难结硬寨打呆仗,用细分法把问题搞定。

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