二叉树理论碎碎记

news2024/12/27 11:32:58

二叉树的种类

在刷题的过程中,我们主要关注两种主要形式:满二叉树和完全二叉树。

满二叉树

如果一棵二叉树只有度为0的结点和度为2的结点,并且度为0的结点在同一层上,则这棵二叉树为满二叉树。如下图所示:

这棵二叉树为满二叉树,也可以说深度为k,有 2 k − 1 2^k-1 2k1个节点的二叉树。

完全二叉树

完整定义:在完全二叉树中,除了最底层节点可能没填满外,其余每层节点数都达到最大值,并且最下面一层的节点都集中在该层最左边的若干位置。若最底层为第 h 层(h从1开始),则该层包含 1~ 2^(h-1) 个节点。

二叉搜索树

前面介绍的树,都没有数值的,而二叉搜索树是有数值的了,二叉搜索树是一个有序树。

  • 若它的左子树不空,则左子树上所有结点的值均小于它的根结点的值;
  • 若它的右子树不空,则右子树上所有结点的值均大于它的根结点的值;
  • 它的左、右子树也分别为二叉排序树

下面这两棵树都是搜索树

平衡二叉搜索树

平衡二叉搜索树:又被称为AVL(Adelson-Velsky and Landis)树,且具有以下性质:它是一棵空树或它的左右两个子树的高度差的绝对值不超过1,并且左右两个子树都是一棵平衡二叉树。如下图:

二叉树的存储方式

二叉树可以链式存储,也可以顺序存储。那么链式存储方式就用指针, 顺序存储的方式就是用数组。顾名思义就是顺序存储的元素在内存是连续分布的,而链式存储则是通过指针把分布在各个地址的节点串联一起。链式存储如图:

常见的是链式存储。而顺序存储的方式就是用数组来进行存储,具体为:

那么热如果父节点的数组下标为i,其左孩子的下标为 2 ∗ i + 1 2*i+1 2i+1,右孩子为 2 ∗ i + 2 2*i+2 2i+2

二叉树的遍历方式

主要有两种遍历方式:

  • 深度优先遍历:先往叶子结点的方向即深度方向走,遇到叶子结点再往回走
  • 广度优先遍历:一层一层的遍历

那么进一步对这两种方式进行细分,可划分为:

  • 深度优先遍历:
    • 前序遍历
    • 中序遍历
    • 后序遍历
  • 广度优先遍历
    • 层次遍历

在其中的前序、中序、后序遍历中,这里的其实指的是中间节点的遍历顺序,即:

  • 前序遍历:中左右
  • 中序遍历:左中右
  • 后序遍历:左右中

从下图中可以更好地理解:

二叉树的定义

主要关注用链式存储的二叉树是如何定义的:

struct TreeNode {
    int val;
    TreeNode *left;
    TreeNode *right;
    TreeNode(int x) : val(x), left(NULL), right(NULL) {}
};

二叉树的递归遍历

在二叉树中很重要的一种遍历实现方式是通过递归来实现的。
那么在递归算法中,最重要的三要素是:

  • 确定递归函数的参数和返回值:确定哪些参数是在递归过程中需要传递进行处理的,并且在递归完成之后哪些参数是需要返回的
  • 确定终止条件:在递归算法中需要明确终止条件,防止无法终止导致栈溢出
  • 确定单层递归的逻辑:确定在每层递归中我们需要做什么

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