102. Binary Tree Level Order Traversal

Given the root of a binary tree, return the level order traversal of its nodes' values. (i.e., from left to right, level by level).

Example 1:

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Input: root = [3,9,20,null,null,15,7]
Output: [[3],[9,20],[15,7]]

Example 2:

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Input: root = [1]
Output: [[1]]

Example 3:

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Input: root = []
Output: []

题目大意

给定一棵二叉树的根节点 root,返回其节点值的层序遍历结果(即从左到右、逐层遍历)。结果需以二维数组形式呈现,每一层的节点值构成一个子数组(例如,第一层 [根节点],第二层 [左子节点, 右子节点],以此类推)。

解题思路

层序遍历的核心是按照树的层次依次访问节点,从根节点开始,先访问第一层(根节点),再访问第二层(根节点的左右子节点),以此类推,直到所有节点都被访问。

实现这一目标的关键是使用队列这种数据结构,它的 "先进先出" 特性非常适合按顺序处理每一层的节点:

  1. 首先将根节点加入队列
  2. 循环处理队列中的节点,每次处理当前层的所有节点:
    • 记录当前队列的大小(即当前层的节点数量)
    • 依次取出这些节点,将它们的值加入当前层的结果集
    • 同时将这些节点的左右子节点加入队列(作为下一层的节点)
  3. 重复上述过程,直到队列为空
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/**
* Definition for a binary tree node.
* struct TreeNode {
* int val;
* TreeNode *left;
* TreeNode *right;
* TreeNode() : val(0), left(nullptr), right(nullptr) {}
* TreeNode(int x) : val(x), left(nullptr), right(nullptr) {}
* TreeNode(int x, TreeNode *left, TreeNode *right) : val(x), left(left), right(right) {}
* };
*/
class Solution {
public:
vector<vector<int>> levelOrder(TreeNode* root) {
vector<vector<int>> result; // 存储最终层序遍历结果
if (root == nullptr) { // 边界条件:空树直接返回空数组
return result;
}

queue<TreeNode*> q; // 队列存储待处理的节点
q.push(root); // 根节点入队,启动遍历

while (!q.empty()) {
int levelSize = q.size(); // 当前层的节点总数(关键:确保只处理当前层)
vector<int> currentLevel; // 存储当前层的节点值

// 遍历当前层的所有节点
for (int i = 0; i < levelSize; ++i) {
TreeNode* curr = q.front(); // 取出队首节点
q.pop(); // 弹出队首节点(已处理)

currentLevel.push_back(curr->val); // 将当前节点值加入当前层

// 左子节点入队(下一层)
if (curr->left != nullptr) {
q.push(curr->left);
}
// 右子节点入队(下一层)
if (curr->right != nullptr) {
q.push(curr->right);
}
}

result.push_back(currentLevel); // 当前层处理完毕,加入结果集
}

return result;
}
};