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一、什么是二叉搜索树
二、二叉搜索树的有关操作
2.1 查找:
2.2插入:
2.3 删除:
2.4 打印
三、二叉搜索树的应用
3.1 K模型:
3.2 KV模型:
四、整体代码:
K模型:
KV模型:
一、什么是二叉搜索树
二叉搜索树(BST, Binary Search Tree),也称为二叉排序树或二叉查找树。
每一棵搜索树都满足如下条件:
1.非空左子树的所有键值小于其根节点的键值
2.非空右子树的所有键值大于其根节点的键值
3.左、右子树都是二叉搜索树
如图所示二叉树:
二、二叉搜索树的有关操作
如该树 数组表示为:int a[] = {8, 3, 1, 10, 6, 4, 7, 14, 13}; 用此树进行讲解
下面代码用到的c++类结构为:
template<class K> //模板
struct BSTreeNode {
BSTreeNode<K>* _left;
BSTreeNode<K>* _right;
K _key;
private:
Node* _root = nullptr;
};
2.1 查找:
a、从根开始比较,查找,比根大则往右边走查找,比根小则往左边走查找。
b、最多查找高度次,走到到空,还没找到,这个值不存在。
代码实现:
非递归:
bool Find(const K& key) //K为模板
{
Node* cur = _root;
while (cur)
{//遍历,大于根往右,小于往左,相等就结束,遍历完没找到就是没找到
if (cur->_key < key)
{
cur = cur->_right;
}
else if (cur->_key > key)
{
cur = cur->_left;
}
else
{
return true;
}
}
return false;
}
递归:
bool _FindR(Node* root, const K& key)
{
if (root == nullptr)
return false;
if (root->_key < key)
return _FinfR(root->_right, key);
else if (root->_key > key)
return _FindR(root->_left, key);
else
return true;
}
2.2插入:
插入的具体过程如下:
a. 树为空,则直接新增节点,赋值给root指针
b. 树不空,按二叉搜索树性质查找插入位置,插入新节点(大于根节点值往右走,小于根节点值往左走)。注意:二叉搜索树插入过程中,插入已存在值无意义。
为该树插入16 、9 两个值,根据搜素树应满足的“左小右大”的条件,插入后如图:
代码实现:
非递归写法:
bool Insert(const K& key) //K为模板
{
//空树直接插
if (_root == nullptr)
{
_root = new Node(key);
return true;
}
//非空树
Node* parent = nullptr;//用于存父节点,便于与插入的子节点链接
Node* cur = _root;
while (cur)//找到要插入的位置
{
if (cur->_key < key)//大于 往右子树
{
parent = cur;
cur = cur->_right;
}
else if (cur->_key > key)//小于往左子树
{
parent = cur;
cur = cur->_left;
}
else
{
return false;//遇到相同的数就不插入,相当于去重
}
}
//找到插入的位置后,进行插入操作
cur = new Node(key);
if (parent->_key < key)
{
parent->_right = cur;
}
else
{
parent->_left = cur;
}
return true;
}
递归写法:
bool _InsertR(Node*& root, const K& key) //K为模板
{
if (root == nullptr)
{
root = new Node(key);
return true;
}
if (root->_key < key)
{
return _InsertR(root->_right, key);
}
else if (root->_key > key)
{
return _InsertR(root->_left, key);
}
else
{
return false;
}
}
2.3 删除:
删除某一节点可分为四种情况:
a.要删除节点没有孩子节点
如图删除节点值13,没有孩子节点,删除后父节点parent->left就指向空。
b.要删除的结点只有左孩子结点
c. 要删除的结点只有右孩子结点
该两种情况相似。如删除节点14后,其孩子节点13的父节点就变为10,即:10->right=13
d. 要删除的结点有左、右孩子结点
该情况难点在于删除节点后,被删除节点的父节点应该链接被删除节点的哪个孩子节点。这分为两种方法:
1.连接删除节点的左子树中最右边节点
2.连接删除节点的右子树中最左节点
一般情况下,我们使用方法2.在它的右子树中寻找中序下的第一个结点(关键码最小),用它的值填补到被删除节点中,再来处理该结点的删除问题--替换法删除
代码实现:
非递归:
bool Erase(const K& key)
{
Node* parent = nullptr;
Node* cur = _root;
while (cur)
{
if (cur->_key < key)
{
parent = cur;
cur = cur->_right;
}
else if (cur->_key > key)
{
parent = cur;
cur = cur->_left;
}
else
{
//开始删除
//删除位置左空
if (cur->_left == nullptr)
{
if (cur == _root)//删除位置在根处
{
_root = cur->_right;
}
else
{
//找到当前位置后且左空,且位于parent的左,
//则删除该位置后的parent左就变为cur的右
//如果当前位置位于parren右,且且左空,则paret的右即为cur的右
if (cur == parent->_left)
{
parent->_left = cur->_right;
}
else
{
parent->_right = cur->_right;
}
}
delete cur;
cur == nullptr;
}
else if (cur->_right == nullptr)//删除位置右空
{
if (cur == _root)
{
_root = cur->_left;
}
else
{
if (cur == parent->_left)
{
parent->_left = cur->_left;
}
else
{
parent->_right = cur->_left;
}
}
delete cur;
cur = nullptr;
}
else//左右都不为空
{
//替换法删除 //右子树最小节点---右子树最左节点
Node* minparent = cur;
Node* min = cur->_right;
while (min->_left)
{
minparent = min;
min = min->_left;
}
swap(cur->_key, min->_key);
if (minparent->_left == min)
minparent->_left = min->_right;
else
minparent->_right = min->_right;
delete min;
}
return true;
}
}
return false;
}
递归:
bool _EraseR(Node*& root, const K& key)
{
if (root == nullptr)
{
return false;
}
if (root->_key < key)
{
return _EraseR(root->_right, key);
}
else if (root->_key > key)
{
return _EraseR(root->_left, key);
}
else
{
Node* del = root;
if (root->_left == nullptr)
{
root = root->_right;
}
else if (root->_right == nullptr)
{
root = root->_left;
}
else
{
//找右数的最左节点
Node* min = root->_right;
while (min->_left)
{
min = min->_left;
}
swap(root->_key, min->_key);
return _EraseR(root->_right, key);
}
delete del;
return true;
}
}
2.4 打印
这里可以将创建的二叉搜索树通过中序(左->根->右)打印出来,就是由小到大的升序序列。因为二叉搜索树中不能有重复的数值,所以可以通过插入一组数据实现对其排序且去重。
void _InOrder(Node* root)
{
if (root == nullptr)
{
return;
}
_InOrder(root->_left);
cout << root->_key << " ";
_InOrder(root->_right);
}
该二叉搜索树的整体代码放在文末。
三、二叉搜索树的应用
3.1 K模型:
上面我们所实现的就是K模型。
K模型:K模型即只有key作为关键码,结构中只需要存储Key即可,关键码即为需要搜索到
的值。
比如:给一个单词word,判断该单词是否拼写正确,具体方式如下:
以词库中所有单词集合中的每个单词作为key,构建一棵二叉搜索树,在二叉搜索树中检索该单词是否存在,存在则拼写正确,不存在则拼写错误
3.2 KV模型:
KV模型:每一个关键码key,都有与之对应的值Value,即<Key, Value>的键值对。一般可以通过查找关键码key来查找对应的值。
比如英汉词典就是英文与中文的对应关系,通过英文可以快速找到与其对应的中文,英
文单词与其对应的中文<word, chinese>就构成一种键值对。(KV模型整体代码与K模型思想很相似,就直接放在文末)
void TestBSTree1()
{
BSTree<string, string> dict;
dict.Insert("sort", "排序");
dict.Insert("left", "左边");
dict.Insert("right", "右边");
dict.Insert("string", "字符串");
dict.Insert("insert", "插入");
string str;
while (cin >> str)
{
BSTreeNode<string, string>* ret = dict.Find(str);
if (ret)
{
cout << ":" << ret->_value << endl;
}
else
{
cout << "->无此单词" << endl;
}
}
}
再比如统计单词次数,统计成功后,给定单词就可快速找到其出现的次数,单词与其出
现次数就是<word, count>就构成一种键值对。
void TestBSTree2()
{
string arr[] = { "苹果","苹果" ,"香蕉" ,"草莓" ,"香蕉" ,"苹果" ,"苹果", "苹果" };
BSTree<string, int> countTree;
for (auto& str:arr)
{
auto ret = countTree.Find(str);
if (ret)
{
ret->_value++;
}
else
{
countTree.Insert(str, 1);
}
}
countTree.InOrder();
}
四、整体代码:
K模型:
namespace key
{
template<class K>
struct BSTreeNode {
BSTreeNode<K>* _left;
BSTreeNode<K>* _right;
K _key;
BSTreeNode(const K& key)
:_left(nullptr)
, _right(nullptr)
, _key(key)
{}
};
//BinarySearchTree
template<class K> //Key
class BSTree {
typedef BSTreeNode<K> Node;
public:
bool Insert(const K& key)
{
if (_root == nullptr)
{
_root = new Node(key);
return true;
}
Node* parent = nullptr;
Node* cur = _root;
while (cur)//找到要插入的位置
{
if (cur->_key < key)
{
parent = cur;
cur = cur->_right;
}
else if (cur->_key > key)
{
parent = cur;
cur = cur->_left;
}
else
{
return false;//遇到相同的数就不插入,相当于去重
}
}
cur = new Node(key);
if (parent->_key < key)
{
parent->_right = cur;
}
else
{
parent->_left = cur;
}
return true;
}
bool Find(const K& key)
{
Node* cur = _root;
while (cur)
{
if (cur->_key < key)
{
cur = cur->_right;
}
else if (cur->_key > key)
{
cur = cur->_left;
}
else
{
return true;
}
}
return false;
}
bool Erase(const K& key)
{
Node* parent = nullptr;
Node* cur = _root;
while (cur)
{
if (cur->_key < key)
{
parent = cur;
cur = cur->_right;
}
else if (cur->_key > key)
{
parent = cur;
cur = cur->_left;
}
else
{
//开始删除
//删除位置左空
if (cur->_left == nullptr)
{
if (cur == _root)//删除位置在根处
{
_root = cur->_right;
}
else
{
//找到当前位置后且左空,且位于parent的左,
//则删除该位置后的parent左就变为cur的右
//如果当前位置位于parren右,且且左空,则paret的右即为cur的右
if (cur == parent->_left)
{
parent->_left = cur->_right;
}
else
{
parent->_right = cur->_right;
}
}
delete cur;
cur == nullptr;
}
else if (cur->_right == nullptr)//删除位置右空
{
if (cur == _root)
{
_root = cur->_left;
}
else
{
if (cur == parent->_left)
{
parent->_left = cur->_left;
}
else
{
parent->_right = cur->_left;
}
}
delete cur;
cur = nullptr;
}
else//左右都不为空
{
//替换法删除 //右子树最小节点---右子树最左节点
Node* minparent = cur;
Node* min = cur->_right;
while (min->_left)
{
minparent = min;
min = min->_left;
}
swap(cur->_key, min->_key);
if (minparent->_left == min)
minparent->_left = min->_right;
else
minparent->_right = min->_right;
delete min;
}
return true;
}
}
return false;
}
void InOrder()
{
_InOrder(_root);//这里套一层就可以直接使用_root;或者也可以写getroot方法
cout << endl;
}
//递归查找
bool FindR(const K& key)
{
return _FindR(_root, key);
}
//递归插
bool InsertR(const K& key)
{
return _InsertR(_root, key);
}
//递归删
bool EraseR(const K& key)
{
return _EraseR(_root, key);
}
~BSTree()
{
_Destroy(_root);
}
//强制编译器生成默认的构造
BSTree() = default;
BSTree(const BSTree<K>& t)
{
_root = _copy(t._root);
}
BSTree<K>& operator=(BSTree<K> t)
{
swap(_root, t._root);
return *this;
}
private:
Node* _copy(Node* root)
{
if (root == nullptr)
{
return nullptr;
}
Node* copyRoot = new Node(root->_key);
copyRoot->_left = _copy(root->_left);
copyRoot->_right = _copy(root->_right);
return copyRoot;
}
void _Destroy(Node*& root)
{
if (root == nullptr)
{
return;
}
_Destroy(root->_left);
_Destroy(root->_right);
delete root;
root = nullptr;
}
bool _EraseR(Node*& root, const K& key)
{
if (root == nullptr)
{
return false;
}
if (root->_key < key)
{
return _EraseR(root->_right, key);
}
else if (root->_key > key)
{
return _EraseR(root->_left, key);
}
else
{
Node* del = root;
if (root->_left == nullptr)
{
root = root->_right;
}
else if (root->_right == nullptr)
{
root = root->_left;
}
else
{
//找右数的最左节点
Node* min = root->_right;
while (min->_left)
{
min = min->_left;
}
swap(root->_key, min->_key);
return _EraseR(root->_right, key);//很巧妙
}
delete del;
return true;
}
}
bool _InsertR(Node*& root, const K& key)
{
if (root == nullptr)
{
root = new Node(key);
return true;
}
if (root->_key < key)
{
return _InsertR(root->_right, key);
}
else if (root->_key > key)
{
return _InsertR(root->_left, key);
}
else
{
return false;
}
}
bool _FindR(Node* root, const K& key)
{
if (root == nullptr)
return false;
if (root->_key < key)
return _FinfR(root->_right, key);
else if (root->_key > key)
return _FindR(root->_left, key);
else
return true;
}
//中序 //
void _InOrder(Node* root)
{
if (root == nullptr)
{
return;
}
_InOrder(root->_left);
cout << root->_key << " ";
_InOrder(root->_right);
}
private:
Node* _root = nullptr;
};
}
KV模型:
template<class K,class V>
struct BSTreeNode {
BSTreeNode<K,V>* _left;
BSTreeNode<K,V>* _right;
K _key;
V _value;
BSTreeNode(const K& key, const V& value)
:_left(nullptr)
, _right(nullptr)
, _key(key)
, _value(value)
{}
};
template<class K,class V> //
class BSTree {
typedef BSTreeNode<K,V> Node;
public:
bool Insert(const K& key,const V& value)
{
if (_root == nullptr)
{
_root = new Node(key,value);
return true;
}
Node* parent = nullptr;
Node* cur = _root;
while (cur)//找到要插入的位置
{
if (cur->_key < key)
{
parent = cur;
cur = cur->_right;
}
else if (cur->_key > key)
{
parent = cur;
cur = cur->_left;
}
else
{
return false;//遇到相同的数就不插入,相当于去重
}
}
cur = new Node(key,value);
if (parent->_key < key)
{
parent->_right = cur;
}
else
{
parent->_left = cur;
}
return true;
}
Node* Find(const K& key)
{
Node* cur = _root;
while (cur)
{
if (cur->_key < key)
{
cur = cur->_right;
}
else if (cur->_key > key)
{
cur = cur->_left;
}
else
{
return cur;
}
}
return nullptr;
}
bool Erase(const K& key)
{
Node* parent = nullptr;
Node* cur = _root;
while (cur)
{
if (cur->_key < key)
{
parent = cur;
cur = cur->_right;
}
else if (cur->_key > key)
{
parent = cur;
cur = cur->_left;
}
else
{
//开始删除
//删除位置左空
if (cur->_left == nullptr)
{
if (cur == _root)//删除位置在根处
{
_root = cur->_right;
}
else
{
//找到当前位置后且左空,且位于parent的左,
//则删除该位置后的parent左就变为cur的右
//如果当前位置位于parren右,且且左空,则paret的右即为cur的右
if (cur == parent->_left)
{
parent->_left = cur->_right;
}
else
{
parent->_right = cur->_right;
}
}
delete cur;
cur == nullptr;
}
else if (cur->_right == nullptr)//删除位置右空
{
if (cur == _root)
{
_root = cur->_left;
}
else
{
if (cur == parent->_left)
{
parent->_left = cur->_left;
}
else
{
parent->_right = cur->_left;
}
}
delete cur;
cur = nullptr;
}
else//左右都不为空
{
//替换法删除 //右子树最小节点---右子树最左节点
Node* minparent = cur;
Node* min = cur->_right;
while (min->_left)
{
minparent = min;
min = min->_left;
}
swap(cur->_key, min->_key);
if (minparent->_left == min)
minparent->_left = min->_right;
else
minparent->_right = min->_right;
delete min;
}
return true;
}
}
//删除的中间过程都一样
return true;
}
void InOrder()
{
_InOrder(_root);//这里套一层就可以直接使用_root;或者也可以写getroot方法
cout << endl;
}
private:
//中序 //
void _InOrder(Node* root)
{
if (root == nullptr)
{
return;
}
_InOrder(root->_left);
cout << root->_key << " value: " << root->_value << endl;;
_InOrder(root->_right);
}
private:
Node* _root = nullptr;
};