二叉树——二叉树的层序遍历

给你二叉树的根节点 root ，返回其节点值的 层序遍历 。 （即逐层地，从左到右访问所有节点）。

这是经典的二叉树层序遍历（BFS），用队列实现。

思路

• 使用Queue保存每一层节点
• 每次先获取当前队列大小，代表这一层右多少节点
• 依次出队、收集值，再把左右孩子入队
• 一层收集完，加入结果集合

Java完整代码实现如下：

import java.util.*;

class TreeNode {

int val;
TreeNode left;
TreeNode right;
TreeNode() {}
TreeNode(int val) { this.val = val; }
TreeNode(int val, TreeNode left, TreeNode right) {
this.val = val;
this.left = left;
this.right = right;
}
}

class Solution {

public List<List> levelOrder(TreeNode root) {
List<List> res = new ArrayList<>();
if (root == null) return res;

Queue queue = new LinkedList<>();
queue.offer(root);

while (!queue.isEmpty()) {
// 当前层的节点个数
int levelSize = queue.size();
List level = new ArrayList<>();

for (int i = 0; i < levelSize; i++) {
TreeNode node = queue.poll();
level.add(node.val);

if (node.left != null) {
queue.offer(node.left);
}
if (node.right != null) {
queue.offer(node.right);
}
}

res.add(level);
}

return res;
}
}

复杂度：

• 时间：O(n) 每个节点入队出队各一次
• 空间：**O(n) **队列最多存一层节点（满二叉树最后一层约 n/2）

代码解释：

• ArrayList：动态数组
• LinkedList：双向链表
  它们都实现了List接口，用法几乎一样，但底层结构完全不同，性能天差地别

1.ArrayList（动态数组）

• 底层是数组
• 数组特点：连续内存、支持随机访问
• 初始化右容量，满了会自动扩容（复制到新数组）

优点

• 查找/访问极快：get(i) 时间复杂度 O(1)
• 遍历速度快

缺点

• 插入、删除慢：中间插入要移动后面所有元素
• 扩容有开销

什么时候用？
读多写少、频繁查找、遍历
比如：存储列表数据、展示数据、层序遍历存结果

2.LinkedList（双向链表）

• 底层是双向链表
• 每个节点存：前节点、值、后节点
• 内存不连续

优点

• 插入、删除极快：只改指针，不用移动元素
• 不需要扩容

缺点

• 查找慢：要从头/尾遍历，get(i) 复杂度 O(n)
• 占用内存更大（每个节点多存前后指针）

什么时候用？
频繁增删、尤其是头尾操作
比如：队列、栈、LRU缓存

回到代码中来
1.Queue queue = new LinkedList<>();
这里必须用LinkedList，因为：

• Queue接口需要快速入队、出队（头尾操作）
• ArrayList 做队列性能极差

2.List<List> res = new ArrayList<>();
存结果用动态数组，因为只添加、不删、最后要遍历输出，ArrayList 最快。

总结：

• ArrayList = 数组：查得快，增删慢
• LinkedList = 链表：增删快，查得慢

queue.offer(root)是什么？

• offer：入队、添加到队列尾部
• 意思：把根节点放进队列

为什么用 offer 而不是 add？
Queue 队列接口推荐用：

• offer(e)：添加元素，成功返回 true
• poll()：取出并删除队首元素
• peek()：看一眼队首但不删

它们比 add/remove 更安全，不会抛异常。