二叉树层次遍历详解：Python、Java与C语言实现

二叉树的层次遍历是一种重要的数据结构和算法，它按照从上到下、从左到右的顺序逐层访问二叉树的节点。在计算机科学中，尤其是编程领域，理解并掌握这种遍历方式对于解决与二叉树相关的任务至关重要。本文档提供了三种流行的编程语言——Python、Java 和 C 语言的二叉树层次遍历实现。 1. **二叉树定义**： 二叉树是一种树形数据结构，每个节点最多有两个子节点，通常称为左子节点和右子节点。根节点没有父节点，而其他节点有一个父节点和可能的两个子节点。在二叉树中，每个节点的左子树和右子树也遵循二叉树的定义。 2. **层次遍历方法**： 层次遍历采用广度优先策略，即先访问根节点，然后逐层向下访问。具体步骤包括： - 从根节点开始，将其放入队列。 - 从队列中取出一个节点，访问它的值，并将其左右子节点（如果有）加入队列。 - 继续重复此过程，直到队列为空，表明已遍历完当前层的所有节点。 - 在每次循环中，都会构建一个包含当前层节点值的列表，直到所有层都被遍历。 3. **代码实现**： - **Python**： `levelOrder` 函数接收一个 `TreeNode` 类型的根节点，通过使用 `queue`（队列）数据结构存储待访问的节点。遍历过程中，每次出队列一个节点，添加其值到当前层列表，再将左右子节点入队。最后返回一个二维列表，存储所有层的节点值。 - **Java**： 类似 Python，`levelOrder` 方法同样利用队列进行操作，区别在于 Java 中定义了 `TreeNode` 类和队列操作的接口。这个方法在遍历过程中维护一个二维列表来保存各层节点值。 - **C 语言**： C 语言实现中，使用结构体 `TreeNode` 和 `QueueNode` 表示节点，以及 `Queue` 结构体来管理队列。`levelOrderTraversal` 函数初始化队列，添加根节点，然后使用循环和队列操作（如 `enqueue` 和 `dequeue`）来完成层次遍历。 通过学习这些不同语言的层次遍历代码，学习者不仅可以理解基本的算法逻辑，还可以了解如何在实际编程中应用数据结构来解决复杂问题。层次遍历在许多场景下都很有用，比如图形渲染、路由算法、网络爬虫等，因此掌握这一技术对 IT 从业者来说是非常实用的。