数据结构第六课 -----链式二叉树的实现

news2024/12/27 14:15:16

作者前言

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链式二叉树

  • **作者前言**
  • 二叉树
  • 二叉树的遍历
    • 前序遍历
    • 中序遍历
    • 后序遍历
  • 小例子
  • 知识点

二叉树

前面粗略的介绍了二叉树
二叉树主要有两种 空树和非空树
而非空树拆分为 : 根节点 和左子树和右子树
在这里插入图片描述
二叉树的性质

  1. 若规定根节点的层数为1，则一棵非空二叉树的第i层上最多有 2^(i-1)个结点.

  2. 若规定根节点的层数为1，则深度为h的二叉树的最大结点数是2^h -1 .

  3. 对任何一棵二叉树, 如果度为0其叶结点个数为n0 , 度为2的分支结点个数为n2 ,则有 n0＝ n2＋1

  4. 若规定根节点的层数为1，具有n个结点的满二叉树的深度，h=log(n+1) . (ps： 是log以2
    为底，n+1为对数)

  5. 对于具有n个结点的完全二叉树，如果按照从上至下从左至右的数组顺序对所有节点从0开始编号，则对于序号为i的结点有：

    1. 若i>0，i位置节点的双亲序号：(i-1)/2；i=0，i为根节点编号，无双亲节点
    2. 若2i+1<n，左孩子序号：2i+1，2i+1>=n否则无左孩子
    3. 若2i+2<n，右孩子序号：2i+2，2i+2>=n否则无右孩子

二叉树的遍历

学习二叉树结构，最简单的方式就是遍历。所谓二叉树遍历(Traversal)是按照某种特定的规则，依次对二叉树中的节点进行相应的操作，并且每个节点只操作一次。访问结点所做的操作依赖于具体的应用问题。 遍历是二叉树上最重要的运算之一，也是二叉树上进行其它运算的基础。

按照规则，二叉树的遍历有：前序/中序/后序的递归结构遍历：

  1. 前序遍历(Preorder Traversal 亦称先序遍历)——访问根结点的操作发生在遍历其左右子树之前。(根 ->左 ->右)

  2. 中序遍历(Inorder Traversal)——访问根结点的操作发生在遍历其左右子树之中（间）。(左->根->右)

  3. 后序遍历(Postorder Traversal)——访问根结点的操作发生在遍历其左右子树之后。(左->右->根)

为此特意构建一个二叉树

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
typedef int BTDataType;
typedef struct BinaryTreeNode
{
	BTDataType* val;
	struct BinaryTreeNode* left;
	struct BinaryTreeNode* rigth;

}BinaryTreeNode;
BinaryTreeNode* CreateNode(BTDataType elemest)
{
	BinaryTreeNode* p = (BinaryTreeNode*)malloc(sizeof(BinaryTreeNode));
	if (p == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return -1;
	}
	p->val = elemest;
	return p;
}
int main()
{
	BinaryTreeNode* n1 = CreateNode(1);
	BinaryTreeNode* n2 = CreateNode(2);
	BinaryTreeNode* n3 = CreateNode(3);
	BinaryTreeNode* n4 = CreateNode(4);
	BinaryTreeNode* n5 = CreateNode(5);
	BinaryTreeNode* n6 = CreateNode(6);
	n1->left = n2;
	n1->rigth = n4;
	n2->left = n3;
	n2->rigth = NULL;
	n3->left = NULL;
	n3->rigth = NULL;
	n4->left = n5;
	n4->rigth = n6;
	n5->left = NULL;
	n5->rigth = NULL;
	n6->left = NULL;
	n6->rigth = NULL;
	return 0;
}

前序遍历

我们以上面图片为例
我们可以写成：
1 2 3 N N N 4 5 N N 6 N N
代码：

void PreOrder(BinaryTreeNode* n1)
{
	if (n1 == NULL)
	{
		printf("NULL ");
		return;
	}
		

	printf("%d ", n1->val);
	PreOrder(n1->left);
	PreOrder(n1->rigth);
}

在这里插入图片描述

中序遍历

我们可以写成：N 3 N 2 N 1 N 5 N 4 N 6 N
代码：

void InOrdef(BinaryTreeNode* n1)
{
	if (n1 == NULL)
	{
		printf("NULL ");
		return;
	}
	PreOrder(n1->left);
	printf("%d ", n1->val);
	PreOrder(n1->rigth);
}

后序遍历

我们可以写成： N N 3 N 2 N N 5 N N 6 4 1
代码：

void PostOrder(BinaryTreeNode* n1)
{
	if (n1 == NULL)
	{
		printf("NULL ");
		return;
	}
	PreOrder(n1->left);
	PreOrder(n1->rigth);
	printf("%d ", n1->val);
}

小例子

叶子节点个数
思路:左子树的节点个数加上右子树的节点个数加上根节点

//节点个数
int TreeSize(BinaryTreeNode* n1)
{
	if (n1 == NULL)
		return 0;
	return 1 + TreeSize(n1->left) + TreeSize(n1->rigth);
}

叶节点个数
思路:左子树的叶节点个数加上右子树的叶节点个数加上根节点 需要注意的是为空树.和只有根节点的情况

//叶节点的个数
int TreeLeafSize(BinaryTreeNode* n1)
{
	//为空树
	if (n1 == NULL)
		return 0;
	//只有一个节点
	if (n1->left == NULL && n1->rigth == NULL)
		return 1;
	return TreeLeafSize(n1->left) + TreeLeafSize(n1->rigth);
}

树的高度
思路:左子树的高度和右子树高度比较,大的高度加上1就是整个二叉树的高度,需要注意的是空树情况下

int TreeHeigth(BinaryTreeNode* n1)
{
	if (n1 == NULL)
		return 0;
	if (n1->left == NULL && n1->rigth == NULL)
		return 1;
	int a = TreeHeigth(n1->left);
	int b = TreeHeigth(n1->rigth);
	return (a > b ? a : b) + 1;
}

#第k层的节点
思路: 左子树的第k-1层的节点个数 加上右子树的第k-1层的节点个数,如果k为0就是空,k=1,就是1
​

int NodeNum(BinaryTreeNode* n1, int k)
{
	if (n1 == NULL)
		return 0;
	if (k == 0)
		return 0;
	if (k == 1)
		return 1;
	return NodeNum(n1->left, k - 1) + NodeNum(n1->rigth, k - 1);
}

层次遍历
思路:层次遍历就是从第一层开始横向遍历
我们可以借助队列的性质,先进先出,我们先开始插入根节点,然后开始进行循环判断,只要出去的节点的左右孩子不为NULL就插入到队列,直到队列为空
在这里插入图片描述

// 层序遍历
void BinaryTreeLevelOrder(BinaryTreeNode* root)
{
	//创建一个队列
	Queue Qu;
	//初始化
	QueueInit(&Qu);
	//插入的是节点,
	if (root != NULL)
		QueuePush(&Qu, root);
	while (QueueSize(&Qu))
	{
		BinaryTreeNode* from = QueueFront(&Qu);
		
		
		printf("%d ", from->val);
		//删除
		QueuePop(&Qu);
		//需要注意的是删除只是释放掉存储了二叉树节点的地址的空间,并没有释放二叉树节点
		if (from->left != NULL)
		{
			QueuePush(&Qu, from->left);
		}
		if (from->rigth != NULL)
		{
			QueuePush(&Qu, from->rigth);
		}
		
	}
	printf("\n");
	QueueDestroy(&Qu);
	
	
	
}

这个是打印全部的
如果要一层层的打印
思路: 我们可以定义一个变量,用来统计当前队列的个数,也就是当层的节点个数,然后每出列一个就把对应的左右孩子插入进去,然后该变量减1,直到为0,也就是该层的节点全部出列了,然后再计算出队列的长度,也就是下一层的节点个数,然后继续，直到队列的长度为0

在这里插入图片描述

// 层序遍历
void BinaryTreeLevelOrder(BinaryTreeNode* root)
{
	//创建一个队列
	Queue Qu;
	//初始化
	QueueInit(&Qu);
	//插入的是节点,
	if (root != NULL)
		QueuePush(&Qu, root);
	int size = QueueSize(&Qu);
	while (QueueSize(&Qu))
	{
		while (size--)
		{
			BinaryTreeNode* from = QueueFront(&Qu);


			printf("%d ", from->val);
			//删除
			QueuePop(&Qu);
			//需要注意的是删除只是释放掉存储了二叉树节点的地址的空间,并没有释放二叉树节点
			if (from->left != NULL)
			{
				QueuePush(&Qu, from->left);
			}
			if (from->rigth != NULL)
			{
				QueuePush(&Qu, from->rigth);
			}
		}
		printf("\n");
		size = QueueSize(&Qu);
		
	}
	printf("\n");
	QueueDestroy(&Qu);
	
	
	
}

判断是否是完全二叉树
思路：我们和上面的层次遍历一样，先找一个队列进行一层层的入队和出队，如果遇见节点为NULL的就判断后面是否还有节点存在

// 判断二叉树是否是完全二叉树
int BinaryTreeComplete(BinaryTreeNode* root)
{
	//创建一个队列
	Queue Qu;
	//初始化
	QueueInit(&Qu);
	//插入的是节点,
	if (root != NULL)
		QueuePush(&Qu, root);
	while (QueueSize(&Qu))
	{
		
		BinaryTreeNode* from = QueueFront(&Qu);
		if (from == NULL)
			break;
		//删除
        QueuePop(&Qu);
		//需要注意的是删除只是释放掉存储了二叉树节点的地址的空间,并没有释放二叉树节点
		QueuePush(&Qu, from->left);
		QueuePush(&Qu, from->rigth);
	}
	//判断后面是否还有非空
	while (!QueueEmtry(&Qu))
	{
		BinaryTreeNode* from = QueueFront(&Qu);
		if (from != NULL)
			return 0;
		//删除
		QueuePop(&Qu);
	}
	QueueDestroy(&Qu);
	return 1;

}

知识点

前序：深度优先遍历
层序： 广度优先遍历

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