二叉树层序遍历：BFS 算法可视化与实现

题目背景

我们需要解决的是 LeetCode 107 题：二叉树的层序遍历 II。不同于常规的从上到下输出，本题要求从叶子节点所在层开始向上返回每一层的节点值。

接口定义如下：

/**
 * 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>> levelOrderBottom(TreeNode* root) {
    }
};

核心思路

二叉树的层序遍历本质上就是广度优先搜索（BFS）。要按层访问，最直观的数据结构就是队列（Queue），利用其'先进先出'的特性来管理节点的访问顺序。

在实际编码中，为了区分不同层级，通常需要一个变量记录当前层的节点数量。每处理完一层，再更新下一层的节点数。这样就能确保每次循环只处理同一深度的节点。

逻辑流程

1. 初始化：创建一个二维数组用于存储结果，如果根节点为空直接返回空数组。
2. 入队：将根节点加入队列，并记录当前层节点数为 1。
3. 逐层遍历：利用 level_k_size 控制内层循环次数。每次取出队头节点，将其值存入临时一维数组，同时将其非空的孩子节点依次入队。
   • 注意：这里不能直接 pop 后释放内存，因为还需要访问孩子的指针。建议先用一个指针暂存队头节点，pop 后再操作。
4. 层级切换：当一层节点处理完毕，将临时数组加入结果集，并更新 level_k_size 为当前队列的大小（即下一层的节点总数）。
5. 逆置结果：由于题目要求自底向上，最后对结果二维数组执行逆置操作即可。

代码实现

下面是完整的 C++ 实现，包含必要的成员变量和逻辑细节。

class Solution {
public:
    vector<vector<int>> levelOrderBottom(TreeNode* root) {
        vector<vector<int>> vv; // 存储最终结果
        queue<TreeNode*> _q;    // 辅助队列
        
        if (root != nullptr) {
            _q.push(root);
        }

        while (!_q.empty()) {
            vector<int> v; 
             level_k_size = _q.(); 

             (level_k_size--) {
                TreeNode* node = _q.(); 
                _q.();                    
                
                v.(node->val);      

                 (node->left) _q.(node->left);  
                 (node->right) _q.(node->right); 
            }
            vv.(v); 
        }

        (vv.(), vv.()); 
         vv;
    }
};