「数据结构」二叉搜索树1：实现BST

news2024/11/17 16:25:02

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实现BST

🍉二叉搜索树的性质
🍉实现二叉搜索树
- 🍌插入
- 🍌查找
- 🍌删除
🍉性能分析

🍉二叉搜索树的性质

二叉搜索树又称二叉排序树，它可以是一棵空树，也可以是有以下性质的二叉树

若左子树不为空，则左子树上所有节点的值都小于根节点的值
若右子树不为空，则右子树上所有节点的值都大于根节点的值
它的左右子树也分别为二叉搜索树

因为左节点 < 根节点 < 右节点，所以二叉搜索树中序遍历结果是升序序列

🍉实现二叉搜索树

🍌插入

插入成功返回true，插入失败返回false
（注意：如果树中已经有关键字key，那我们就不能再插入了）

    //插入一个关键字key
    public boolean insert(int key) {
        TreeNode node = new TreeNode(key);
        if(root == null) {
            root = node;
            return true;
        }
        TreeNode cur = root;
        TreeNode parent = null;  //保存cur的双亲节点
        while(cur != null) {  //cur若为空，说明找到插入位置了
            if(cur.key < key) {
                parent = cur;
                cur = cur.right;
            } else if(cur.key > key) {
                parent = cur;
                cur = cur.left;
            } else {  //树中已经有key，不能插入
                return false;
            }
        }
        //比较key和双亲节点的key，确定key要插在parent的左边还是右边
        if(key > parent.key)
            parent.right = node;
        if(key < parent.key)
            parent.left = node;
        return true;
    }

🍌查找

根据二叉搜索树的特点，key比当前节点的值小，就往左子树找；反之则往右子树找

    //查找key是否存在
    public TreeNode search(int key) {
        if(root == null)
            return null;
        TreeNode cur = root;
        while(cur != null) {
            if(cur.key < key) {
                cur = cur.right;
            } else if(cur.key > key) {
                cur = cur.left;
            } else {
                return cur;
            }
        }
            return null;  //到这里说明找不到，返回null
    }

🍌删除

这个操作比较麻烦，因为它需要处理多种情况。大方向上分为三种情况讨论：
假设根节点为root，待删除节点是cur，它的双亲节点为parent

cur的左节点为空
①cur就是根节点（此时parent不存在），只需让root = root.right
②cur不是根节点，是parent的左节点
③cur不是根节点，是parent的右节点
②和③的分析如下图：
cur的右节点为空
这个和1的分析思路是一样的，就不多赘述了
cur的左右节点都不为空
使用替换法进行删除：
就是从cur的左子树中找到最右侧的节点（这个节点是左子树中关键字最大的）max，或者从右子树中找到最左侧节点（关键字最小）min，用它的值替换掉cur的值，然后再把max或min删掉
其实就是转化为1和2的问题，因为max和min的左节点和右节点肯定有一个为空

来看下代码实现：

    //删除key的值
    public boolean remove(int key) {
        if(root == null)
            return false;
        TreeNode cur = root;
        TreeNode parent = null;
        while(cur != null) {
            if(cur.key < key) {
                parent = cur;
                cur = cur.right;
            } else if(cur.key > key) {
                parent = cur;
                cur = cur.left;
            } else {  //找到cur了，准备把它删了
                if(cur.left == null) {
                    if(cur == root) {
                        root = root.right;
                        return true;
                    } else {
                        if(cur == parent.left)
                            parent.left = cur.right;
                        if(cur == parent.right)
                            parent.right = cur.right;
                    }
                } else if(cur.right == null) {
                    if(cur == root) {
                        root = root.left;
                        return true;
                    } else {
                        if(cur == parent.left)
                            parent.left = cur.left;
                        if(cur == parent.right)
                            parent.right = cur.left;
                    }
                } else {  //左右都不为空
                    TreeNode target = cur.right;  //让target去右子树找到最左边的节点
                    TreeNode targetParent = cur;
                    while(target.left != null) {
                        targetParent = target;
                        target = target.left;
                    }
                    //将tmp的关键字赋给cur
                    cur.key = target.key;
                    //删除tmp节点
                    if(targetParent.left == target) {
                        targetParent.left = cur.right;
                    } else {
                        targetParent.right = cur.right;
                    }
                }
                return true;
            }
        }
        return false;
    }