package com.mjy.printer; import java.util.ArrayList; import java.util.Collection; import java.util.Collections; import java.util.LinkedList; import java.util.List; import java.util.Queue; /** ┌───381────┐ │ │ ┌─12─┐ ┌─410─┐ │ │ │ │ 9 ┌─40─┐ 394 ┌─540─┐ │ │ │ │ 35 ┌─190 ┌─476 ┌─760─┐ │ │ │ │ 146 445 600 800 * @author MJ Lee * */ public class LevelOrderPrinter extends Printer { /** * 节点之间允许的最小间距(最小只能填1) */ private static final int MIN_SPACE = 1; private Node root; private int minX; private int maxWidth; public LevelOrderPrinter(BinaryTreeInfo tree) { super(tree); root = new Node(tree.root(), tree); maxWidth = root.width; } @Override public String printString() { // nodes用来存放所有的节点 List<List<Node>> nodes = new ArrayList<>(); fillNodes(nodes); cleanNodes(nodes); compressNodes(nodes); addLineNodes(nodes); int rowCount = nodes.size(); // 构建字符串 StringBuilder string = new StringBuilder(); for (int i = 0; i < rowCount; i++) { if (i != 0) { string.append("\n"); } List<Node> rowNodes = nodes.get(i); StringBuilder rowSb = new StringBuilder(); for (Node node : rowNodes) { int leftSpace = node.x - rowSb.length() - minX; rowSb.append(Strings.blank(leftSpace)); rowSb.append(node.string); } string.append(rowSb); } return string.toString(); } /** * 添加一个元素节点 */ private Node addNode(List<Node> nodes, Object btNode) { Node node = null; if (btNode != null) { node = new Node(btNode, tree); maxWidth = Math.max(maxWidth, node.width); nodes.add(node); } else { nodes.add(null); } return node; } /** * 以满二叉树的形式填充节点 */ private void fillNodes(List<List<Node>> nodes) { if (nodes == null) return; // 第一行 List<Node> firstRowNodes = new ArrayList<>(); firstRowNodes.add(root); nodes.add(firstRowNodes); // 其他行 while (true) { List<Node> preRowNodes = nodes.get(nodes.size() - 1); List<Node> rowNodes = new ArrayList<>(); boolean notNull = false; for (Node node : preRowNodes) { if (node == null) { rowNodes.add(null); rowNodes.add(null); } else { Node left = addNode(rowNodes, tree.left(node.btNode)); if (left != null) { node.left = left; left.parent = node; notNull = true; } Node right = addNode(rowNodes, tree.right(node.btNode)); if (right != null) { node.right = right; right.parent = node; notNull = true; } } } // 全是null,就退出 if (!notNull) break; nodes.add(rowNodes); } } /** * 删除全部null、更新节点的坐标 */ private void cleanNodes(List<List<Node>> nodes) { if (nodes == null) return; int rowCount = nodes.size(); if (rowCount < 2) return; // 最后一行的节点数量 int lastRowNodeCount = nodes.get(rowCount - 1).size(); // 每个节点之间的间距 int nodeSpace = maxWidth + 2; // 最后一行的长度 int lastRowLength = lastRowNodeCount * maxWidth + nodeSpace * (lastRowNodeCount - 1); // 空集合 Collection<Object> nullSet = Collections.singleton(null); for (int i = 0; i < rowCount; i++) { List<Node> rowNodes = nodes.get(i); int rowNodeCount = rowNodes.size(); // 节点左右两边的间距 int allSpace = lastRowLength - (rowNodeCount - 1) * nodeSpace; int cornerSpace = allSpace / rowNodeCount - maxWidth; cornerSpace >>= 1; int rowLength = 0; for (int j = 0; j < rowNodeCount; j++) { if (j != 0) { // 每个节点之间的间距 rowLength += nodeSpace; } rowLength += cornerSpace; Node node = rowNodes.get(j); if (node != null) { // 居中(由于奇偶数的问题,可能有1个符号的误差) int deltaX = (maxWidth - node.width) >> 1; node.x = rowLength + deltaX; node.y = i; } rowLength += maxWidth; rowLength += cornerSpace; } // 删除所有的null rowNodes.removeAll(nullSet); } } /** * 压缩空格 */ private void compressNodes(List<List<Node>> nodes) { if (nodes == null) return; int rowCount = nodes.size(); if (rowCount < 2) return; for (int i = rowCount - 2; i >= 0; i--) { List<Node> rowNodes = nodes.get(i); for (Node node : rowNodes) { Node left = node.left; Node right = node.right; if (left == null && right == null) continue; if (left != null && right != null) { // 让左右节点对称 node.balance(left, right); // left和right之间可以挪动的最小间距 int leftEmpty = node.leftBoundEmptyLength(); int rightEmpty = node.rightBoundEmptyLength(); int empty = Math.min(leftEmpty, rightEmpty); empty = Math.min(empty, (right.x - left.rightX()) >> 1); // left、right的子节点之间可以挪动的最小间距 int space = left.minLevelSpaceToRight(right) - MIN_SPACE; space = Math.min(space >> 1, empty); // left、right往中间挪动 if (space > 0) { left.translateX(space); right.translateX(-space); } // 继续挪动 space = left.minLevelSpaceToRight(right) - MIN_SPACE; if (space < 1) continue; // 可以继续挪动的间距 leftEmpty = node.leftBoundEmptyLength(); rightEmpty = node.rightBoundEmptyLength(); if (leftEmpty < 1 && rightEmpty < 1) continue; if (leftEmpty > rightEmpty) { left.translateX(Math.min(leftEmpty, space)); } else { right.translateX(-Math.min(rightEmpty, space)); } } else if (left != null) { left.translateX(node.leftBoundEmptyLength()); } else { // right != null right.translateX(-node.rightBoundEmptyLength()); } } } } private void addXLineNode(List<Node> curRow, Node parent, int x) { Node line = new Node("─"); line.x = x; line.y = parent.y; curRow.add(line); } private Node addLineNode(List<Node> curRow, List<Node> nextRow, Node parent, Node child) { if (child == null) return null; Node top = null; int topX = child.topLineX(); if (child == parent.left) { top = new Node("┌"); curRow.add(top); for (int x = topX + 1; x < parent.x; x++) { addXLineNode(curRow, parent, x); } } else { for (int x = parent.rightX(); x < topX; x++) { addXLineNode(curRow, parent, x); } top = new Node("┐"); curRow.add(top); } // 坐标 top.x = topX; top.y = parent.y; child.y = parent.y + 2; minX = Math.min(minX, child.x); // 竖线 Node bottom = new Node("│"); bottom.x = topX; bottom.y = parent.y + 1; nextRow.add(bottom); return top; } private void addLineNodes(List<List<Node>> nodes) { List<List<Node>> newNodes = new ArrayList<>(); int rowCount = nodes.size(); if (rowCount < 2) return; minX = root.x; for (int i = 0; i < rowCount; i++) { List<Node> rowNodes = nodes.get(i); if (i == rowCount - 1) { newNodes.add(rowNodes); continue; } List<Node> newRowNodes = new ArrayList<>(); newNodes.add(newRowNodes); List<Node> lineNodes = new ArrayList<>(); newNodes.add(lineNodes); for (Node node : rowNodes) { addLineNode(newRowNodes, lineNodes, node, node.left); newRowNodes.add(node); addLineNode(newRowNodes, lineNodes, node, node.right); } } nodes.clear(); nodes.addAll(newNodes); } private static class Node { /** * 顶部符号距离父节点的最小距离(最小能填0) */ private static final int TOP_LINE_SPACE = 1; Object btNode; Node left; Node right; Node parent; /** * 首字符的位置 */ int x; int y; int treeHeight; String string; int width; private void init(String string) { string = (string == null) ? "null" : string; string = string.isEmpty() ? " " : string; width = string.length(); this.string = string; } public Node(String string) { init(string); } public Node(Object btNode, BinaryTreeInfo opetaion) { init(opetaion.string(btNode).toString()); this.btNode = btNode; } /** * 顶部方向字符的X(极其重要) * * @return */ private int topLineX() { // 宽度的一半 int delta = width; if (delta % 2 == 0) { delta--; } delta >>= 1; if (parent != null && this == parent.left) { return rightX() - 1 - delta; } else { return x + delta; } } /** * 右边界的位置(rightX 或者 右子节点topLineX的下一个位置)(极其重要) */ private int rightBound() { if (right == null) return rightX(); return right.topLineX() + 1; } /** * 左边界的位置(x 或者 左子节点topLineX)(极其重要) */ private int leftBound() { if (left == null) return x; return left.topLineX(); } /** * x ~ 左边界之间的长度(包括左边界字符) * * @return */ private int leftBoundLength() { return x - leftBound(); } /** * rightX ~ 右边界之间的长度(包括右边界字符) * * @return */ private int rightBoundLength() { return rightBound() - rightX(); } /** * 左边界可以清空的长度 * * @return */ private int leftBoundEmptyLength() { return leftBoundLength() - 1 - TOP_LINE_SPACE; } /** * 右边界可以清空的长度 * * @return */ private int rightBoundEmptyLength() { return rightBoundLength() - 1 - TOP_LINE_SPACE; } /** * 让left和right基于this对称 */ private void balance(Node left, Node right) { if (left == null || right == null) return; // 【left的尾字符】与【this的首字符】之间的间距 int deltaLeft = x - left.rightX(); // 【this的尾字符】与【this的首字符】之间的间距 int deltaRight = right.x - rightX(); int delta = Math.max(deltaLeft, deltaRight); int newRightX = rightX() + delta; right.translateX(newRightX - right.x); int newLeftX = x - delta - left.width; left.translateX(newLeftX - left.x); } private int treeHeight(Node node) { if (node == null) return 0; if (node.treeHeight != 0) return node.treeHeight; node.treeHeight = 1 + Math.max( treeHeight(node.left), treeHeight(node.right)); return node.treeHeight; } /** * 和右节点之间的最小层级距离 */ private int minLevelSpaceToRight(Node right) { int thisHeight = treeHeight(this); int rightHeight = treeHeight(right); int minSpace = Integer.MAX_VALUE; for (int i = 0; i < thisHeight && i < rightHeight; i++) { int space = right.levelInfo(i).leftX - this.levelInfo(i).rightX; minSpace = Math.min(minSpace, space); } return minSpace; } private LevelInfo levelInfo(int level) { if (level < 0) return null; int levelY = y + level; if (level >= treeHeight(this)) return null; List<Node> list = new ArrayList<>(); Queue<Node> queue = new LinkedList<>(); queue.offer(this); // 层序遍历找出第level行的所有节点 while (!queue.isEmpty()) { Node node = queue.poll(); if (levelY == node.y) { list.add(node); } else if (node.y > levelY) break; if (node.left != null) { queue.offer(node.left); } if (node.right != null) { queue.offer(node.right); } } Node left = list.get(0); Node right = list.get(list.size() - 1); return new LevelInfo(left, right); } /** * 尾字符的下一个位置 */ public int rightX() { return x + width; } public void translateX(int deltaX) { if (deltaX == 0) return; x += deltaX; // 如果是LineNode if (btNode == null) return; if (left != null) { left.translateX(deltaX); } if (right != null) { right.translateX(deltaX); } } } private static class LevelInfo { int leftX; int rightX; public LevelInfo(Node left, Node right) { this.leftX = left.leftBound(); this.rightX = right.rightBound(); } } }
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