919. 完全二叉树插入器

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完全二叉树 是每一层（除最后一层外）都是完全填充（即，节点数达到最大）的，并且所有的节点都尽可能地集中在左侧。

设计一种算法，将一个新节点插入到一个完整的二叉树中，并在插入后保持其完整。

实现 CBTInserter 类:

CBTInserter(TreeNode root) 使用头节点为 root 的给定树初始化该数据结构；
CBTInserter.insert(int v) 向树中插入一个值为 Node.val == val的新节点 TreeNode。使树保持完全二叉树的状态，并返回插入节点 TreeNode 的父节点的值；
CBTInserter.get_root() 将返回树的头节点。

示例 1：

输入
["CBTInserter", "insert", "insert", "get_root"]
[[[1, 2]], [3], [4], []]
输出
[null, 1, 2, [1, 2, 3, 4]]

解释
CBTInserter cBTInserter = new CBTInserter([1, 2]);
cBTInserter.insert(3);  // 返回 1
cBTInserter.insert(4);  // 返回 2
cBTInserter.get_root(); // 返回 [1, 2, 3, 4]

提示：

树中节点数量范围为 [1, 1000]
0 <= Node.val <= 5000
root 是完全二叉树
0 <= val <= 5000
每个测试用例最多调用 insert 和 get_root 操作 104 次

题解

要想找到完全二叉树的插入位置，可以想到主要是找到未满的一层的上一层的父节点，也就是按照层序遍历中存在的左右子节点缺失的结点

/**
 * Definition for a binary tree node.
 * public 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;
 *     }
 * }
 */
public class CBTInserter {
    TreeNode root;
    List<TreeNode> travelList = new ArrayList<>();
    int idx;
    public CBTInserter(TreeNode root) {
        this.root = root;
        travelList.add(root);
        int cur = 0;
        while(cur < travelList.size()) {
            TreeNode node = travelList.get(cur);
            if (node.left != null) travelList.add(node.left);
            if (node.right != null) travelList.add(node.right);
            cur++;
        }
    }

    public int insert(int val) {
        TreeNode node = new TreeNode(val);
        while(travelList.get(idx).left != null && travelList.get(idx).right != null)
            idx++;
        TreeNode fa = travelList.get(idx);
        if (fa.left == null) fa.left = node;
        else fa.right = node;
        travelList.add(node);
        return fa.val;
    }

    public TreeNode get_root() {
        return root;
    }
}

/**
 * Your CBTInserter object will be instantiated and called as such:
 * CBTInserter obj = new CBTInserter(root);
 * int param_1 = obj.insert(val);
 * TreeNode param_2 = obj.get_root();
 */