C++实现的二叉树创建和遍历,超入门邻家小女也懂了

news2024/10/3 2:21:39

目录

二叉树 

特点

性质

二叉树的创建

声明

创建

-> 成员运算符

批量创建

二叉树的遍历

先序遍历

中序遍历

后序遍历

层序遍历

树的相关术语

特殊二叉树

满二叉树

完全二叉树


二叉树 

树(Tree)是n(n≥0)个节点的有限集。在任意一棵树中有且仅有一个特定的称为根(Root)的节点;当n>1时,其余节点可分m(m>0)为个互不相交的有限集T1,T2,...,Tm;其中每一个集合本身又是一棵树,并且称为根的子树(SubTree)。

二叉树(Binary Tree)是一种特殊的有序树型结构,所有节点最多只有2棵子树。

特点

(1)每个节点至多有两棵子树;
(2)二叉树的子树有左右之分;
(3)子树的次序不能任意颠倒(有序树)。

性质

(1)二叉树的第i层上至多有2^(i-1)个节点(i≥1)。
(2)深度为h的二叉树中至多含有2^h-1个节点(h≥1)。
(3)若在任意一棵二叉树中,有n0个叶子节点,有n2个度为2的节点,则必有n0=n2+1。
(4)具有n个节点的满二叉树深为log2n+1。
(5)若对一棵有n个节点的完全二叉树进行顺序编号(1≤i≤n),
那么,对于编号为i(i≥1)的节点: 
  当i=1时,该节点为根,它无双亲节点。
  当i>1时,该节点的双亲节点的编号为i/2。
  若2i≤n,则有编号为2i的左节点,否则没有左节点。
  若2i+1≤n,则有编号为2i+1的右节点,否则没有右节点。


二叉树的创建

声明

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

在C/C++语言中,经常使用 NULL 来表示空指针。

NULL在头文件里的定义:

#ifndef NULL
    #ifdef __cplusplus
        #define NULL 0
    #else
        #define NULL ((void *)0)
    #endif
#endif

即在 C++中,NULL 被定义为整形常量 0,而在 C 中,被定义为无类型指针常量 (void*) 0

C++11标准增加了新的关键字 nullptr,表示空指针。

建议使用C++11及以上版本的用以下的二叉树声明:

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

创建

#include <iostream>

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

int main() {
	
    TreeNode* root = new TreeNode(1);
    root->left = new TreeNode(2);
    root->right = new TreeNode(3);
    root->right->left = new TreeNode(4);
    root->right->right = new TreeNode(5);

    return 0;
}

 创建结果:

成员运算符->

指向结构体或对象的指针访问其内成员。当一个指针指向一个结构体、对象时,称之为结构体指针或对象指针。结构体指针或对象指针中的值是所指向的结构体或对象的首地址。通过结构体指针或对象指针即可访问该结构体或对象。

结构体指针变量定义的一般形式为:

struct 结构体类型名 *指针名; //结构体指针
struct 结构体类型名 *指针名 = &一个结构体的名字; //结构体指针并赋初值
struct 结构体类型名 *指针名 = new struct 结构体类型名; //结构体指针并用new申请内存
struct 结构体类型名 *指针名 =(struct 结构体类型名 *)malloc(sizeof(struct 结构体类型名)) 
//结构体指针并用malloc申请内存 使用应包含头文件stdlib.h

子树root->left, root->right 还可以 . 运算表示,也成员运算符。两者的区别:

点运算符 . 左边必须用 * 寻址运算符取到指针root指向的结构或者对象实体,如(*root);对比箭头状的成员运算符 -> ,其左边必须为结构体指针,如root。

    TreeNode* root = new TreeNode(1);
    (*root).left = new TreeNode(2);
    (*root).right = new TreeNode(3);
    (*(*root).right).left = new TreeNode(4);
    (*(*root).right).right = new TreeNode(5);

批量创建

上例只是创建5节点,如要建更多节点,这样一个一个增加节点写起来复杂;可以用数组或容器等可迭代数据类型批量来创建。

代码明天补上


二叉树的遍历

指如何按某种搜索路径巡防树中的每个结点,使得每个结点均被访问一次,而且仅被访问一次。
常见的遍历方法有:先序遍历,中序遍历,后序遍历,层序遍历

以一棵满二叉树为例:

        _______1________
       /                \
    __2__             ___3___
   /     \           /       \
  4       5        _6        _7
 / \     / \      /  \      /  \
8   9   10  11   12   13   14   15

先序遍历

若二叉树为空,为空操作;
否则(1)访问根节点;(2)先序遍历左子树;(3)先序遍历右子树。

遍历结果: 1 [2 [4 8 9] [5 10 11]] [3 [6 12 13] [7 14 15]   “根左右

中序遍历

若二叉树为空,为空操作;
否则(1)中序遍历左子树;(2)访问根结点;(3)中序遍历右子树。

遍历结果: [[8 4 9] 2 [10 5 11]] 1 [[12 6 13] 3 [14 7 15]]  “左根右

后序遍历

若二叉树为空,为空操作;
否则(1)后序遍历左子树;(2)后序遍历右子树;(3)访问根结点。

遍历结果: [[8 9 4] [10 11 5] 2] [[12 13 6] [14 15 7] 3] 1  “左右根

层序遍历

若二叉树为空,为空操作;否则从上到下、从左到右按层次进行访问。

遍历结果: 1 [2 3] [4 5 6 7] [8 9 10 11 12 13 14 15]

代码明天补上


树的相关术语

节点:包含一个数据元素及若干指向其子树的分支,又的译成“结点”(Node)
:树和子树的“顶点”(Root)
:节点拥有的子树数量称为节点的度(Degree);树的度是指树内个结点的度的最大值
分支节点:度不为0的节点
叶子:没有子树的节点,即它的度为0 (Leaf)
子节点:结点的子树的根称为该节点的孩子(Child)
父节点:对应子节点上一层(level)节点称为该节点的双亲(Parent)
兄弟结点:同一父节点的子节点,互称兄弟(Sibling)
节点的祖先:是从根到该结点所经分支上的所有节点
节点的子孙:以某结点为根的子树中的所有节点
:从根开始,根为第一层,根的孩子为第二层...(Level)
深度:树中结点的最大层次数,称为树的深度或高度 (Depth or Height)
森林:是很多互不相交的树的集合(Forest)

无序树:树中任意节点的子节点之间没有顺序关系,这种树称为无序树,也称为自由树
有序树:树中任意节点的子节点之间有顺序关系,这种树称为有序树
最大树(最小树):每个结点的值都大于(小于)或等于其子结点(如果有的话)值的树


特殊二叉树

满二叉树

所有层的节点都达到最大数量,叶子除外的所有节点都有两个子节点,所有叶子都在最底一层(k)且数目为2^(k - 1)。即深度k且有2^k - 1个节点(叶子“长”满最后一层),或称完美二叉树 (Perfect Binary Tree)

         ______12_______
        /               \
     __3__             __5__
    /     \           /     \
  _7       6        _9       11
 /  \     / \      /  \     /  \
13   8   1   4    10   2   0    14

完全二叉树

如果删除最底一层的所有叶子它就是满二叉树,即除了最后一层,每层节点都达到最大数量 ,即有深度k的个节点数在左闭右开【2^(k-1)+1,2^k-1】区间内。(Complete Binary Tree)

         ________3______
        /               \
    ___11___           __4__
   /        \         /     \
  14         7       9       13
 /  \      /  \     /   
2    5    8    6   1 

完全二叉树性质:

1. 具有N个节点的完全二叉树的深度为[log2 N]+1,其中[x]为高斯函数,截尾取整。
2. 如果对一棵有n个节点的完全二叉树的节点按层序编号(从第一层到最后一层,每层从左到右),则对任一节点,有:
(1)如果i=1,则节点i是二叉树的根,无双亲;如果i>1,则其双亲节点为[i/2];
(2)如果2i>n,则节点i无左孩子;否则其左孩子是节点2i;
(3)如果2i+1>n,则节点i无右孩子;否则其右孩子是节点2i+1。


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